Brevet FR2686412A1 — publié le 19930723

CAPTEUR PIEZOELECTRIOUE COMPENSE EN TEMPÉRATURE La présente invention concerne un capteur piezoélectrique compensé en température. On connalt actuellement des matériaux piezoélectriques disponibles sous forme de feuilles de polymères qui peuvent par exemple etre du polyfluorure de vinylidène (PVF2), comme cela est indiqué dans la demande de brevet français 79/16897 au nom de THOMSON-CSF. Ces matériaux piézoélectriques sous forme de feuilles polymères pressentent 1 avantage d'être d'utilisation simple mais présentent l'inconvénient de présenter des coefficients pyroélectriques importants. Par exemple, dans une application du type accéléromètre, une variation de 1"C peut donner un effet électrique 100 fois plus important qu'unie accélération de 1 G. On est donc amené à utiliser divers montages électroniques de compensation pour pallier ces effets de température ou à prévoir des systèmes thermostatés, ce qui entraine des coûts importants. On connaît également des capteurs piézoélectriques d'accélération tels que décrits dans la demande de brevet fran çais 71/34263 ou dans la demande de brevet français 79/03372, dans lesquels deux capteurs piézoélectriques sont disposés de part et d'autre d'une plaque et encadrés par des masselottes fixées 1 une à l'autre par une vis axiale. Toutefois, ces capteurs fonctionnent en cisaillement et permettent, par la nature même des céramiques piézoélectriques utilisées, d'obtenir de faibles réponses pyroélectriques. L'orientation des lames piézoélectriques ne permet d'ailleurs pas de compenser les effets pyroélectriques parasites. Dans le cas des polymères piézoélectriques, la polarisation du matériau piézoélectrique ne permet pas le fonctionnement en cisaillement et l'utilisation en compression nécessite une compensation des effets pyroélectriques. Un objet de la présente invention est de prévoir un capteur piézoélectrique pouvant constituer un capteur d'accélé- ration, de force ou de pression dans lequel, du fait même de la structure, les effets de température soient éliminés. Pour atteindre cet objet, la présente invention prévoit un capteur piézoélectrique compensé en température d'accélération, de force ou de pression comprenant, de chaque côté d'une plaque, un élément piézoélectrique et une masselotte, les éléments piézoélectriques et les masselottes étant identiques des moyens pour lier rigidement les deux masselottes en comprimant les éléments piézoélectriques ; une première électrode solidaire des faces des éléments piézoélectriques tournées vers la plaque ; et une deuxième électrode solidaire des faces des éléments piézoélectriques tournées vers les masselottes. Les éléments piézoélectriques sont des feuilles d'un polymère piézoélectrique, les deux feuilles étant polarisées dans la même direction et le même sens orthogonalement au plan de la plaque. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le polymère piézoélectrique est du polyfluorure de vinylidène (WF2). Selon un mode de réalisation de la présente invention, la plaque et les masselottes sont en un matériau conducteur et les moyens pour lier rigidement les deux masselottes servent également de liaison électrique entre ces masselottes. Selon un mode de réalisation de la présente invention, constituant un accéléromètre, la plaque est solidaire d'un bâti constituant un boîtier contenant ladite plaque et les masselottes. Le boîtier peut également contenir des circuits électroniques de traitement des signaux fournis par les électrodes, les signaux traités étant accessibles par un connecteur traversant le boîtier. Ces objets, caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite en relation avec les figures jointes parmi lesquelles la figure 1 est une vue en coupe schématique d'un capteur selon un mode de réalisation de la présente invention ; et la figure 2 est une vue en coupe un peu plus détaillée d'un capteur accélérométrique constituant une application de la présente invention. La figure 1 représente un capteur accélérométrique constituant un mode de réalisation de la présente invention. Ce capteur est monté sur une plaque 1 solidaire d'un bâti non représenté. De part et d'autre de cette plaque, sont disposées des feuilles d'un polymère piézoélectrique 2 et 3. Ces feuilles sont polarisées de façon que leur axe piézoélectrique soit perpendiculaire à leur plan dans une direction Z et de même orientation, comme cela est indiqué par des flèches Z1 et Z2. Des masses sismiques ou masselottes 4 et 5 sont disposées de part et d'autre de chacune des feuilles piézoélectriques 2 et 3. Ces masselottes sont fixées l'une à T l'autre par exemple par une vis 6 dont la tête se bloque dans une encoche de la masselotte 4 et qui vient se visser dans la masselotte 5. Une ouverture est ménagée dans les feuilles 2 et 3 et dans la plaque 1 pour assurer le passage de cette vis sans qu'elle soit en contact avec ces feuilles ou cette plaque. Les masselottes 4 et 5 sont de préférence en un matériau conducteur, un métal, de sorte que la vis 6, également métallique, assure à la fois la fonction de fixation mécanique et la fonction de liaison électrique entre les masselottes 4 et 5. En outre, la vis 6 est vissée de façon à assurer une précontrainte des feuilles piézoélectriques 2 et 3. La plaque 1 est également de préférence en un matériau conducteur. Ainsi, une première électrode 11 peut être associée à la plaque 1 et une deuxième électrode 12 à l'une des masselottes. Dans une application du type accéléromètre, quand le bâti dont est solidaire la plaque 1 est soumis à une accélération, les deux masselottes 4 et 5 sont sollicitées dans les mêmes sens et direction et tendent à accroître la compression de 1 'une des feuilles piézoélectriques et à réduire la compression de l'autre. Ainsi, par rapport à la référence électrique constituée par 1 'électrode 11, la tension ou la charge des deux masselottes (électrode 12) variera en raison de lteffet des réponses piézoélectriques des feuilles 2 et 3. Par contre, s'il se produit une variation thermique identique sur les deux feuilles 2 et 3, un effet soustracteur des réponses pyroélectriques induira un effet nul sur 1' élec- trode 12. I1 y a donc une compensation automatique des effets de température. Il conviendra que le système soit aussi symétrique que possible pour que les variations de température des deux feuilles soient identiques et aient le même effet. La figure 2 représente de façon plus détaillée un mode de réalisation de la présente invention dans une application du type accéléromètre. On y retrouve la structure de la figure 1 dont les éléments, désignés par les mêmes références, sont insérés dans un boîtier fermé 20. On a en outre représenté un manchon isolant 21 permettant le maintien de la vis 6 et évitant tout contact de celle-ci avec les feuilles piézoélectriques ou la plaque 1. Le boîtier 20 contient aussi une carte de circuit imprimé 23 sur laquelle on a schématiquement représenté divers composants électroniques. Cette carte contient des moyens adaptés au traitement des signaux disponibles sur les électrodes 11 et 12. Un connecteur étanche 24 permet la sortie des informations d'accélération. Le boîtier 20 est de préférence en un matériau conducteur ou revêtu d'un matériau conducteur pour servir de blindage électrostatique. La présente invention est susceptible de nombreuses variantes de mise en oeuvre qui apparaîtront à 1 'homme de 1 'art, notamment en ce qui concerne le mode de liaison des deux masses sismiques et la nature des matériaux utilisés. La présente invention est également susceptible de diverses applications. Une application à la réalisation d'un capteur de force ou de pression consisterait, le bâti étant fixe, à transmettre la force ou la pression sur 1 'une des deux masselottes. REVENDICATIONS 1. Capteur piézoélectrique compensé en température d'accélération, de force ou de pression comprenant : de chaque côté d'une plaque (1), un élément piézoélectrique (2, 3) et une masselotte (4, 5), les éléments piézoélectriques et les masselottes étant identiques des moyens (6) pour lier rigidement les deux masselottes en comprimant les éléments piézoélectriques une première électrode (11) solidaire des faces des éléments piézoélectriques tournées vers la plaque une deuxième électrode (12) solidaire des faces des éléments piézoélectriques tournées vers les masselottes ; et caractérisé en ce que les éléments piézoélectriques sont des feuilles d'un polymère piézoélectrique, les deux feuilles étant polarisées dans la même direction et le même sens orthogonalement au plan de la plaque. 2. Capteur piézoélectrique compensé en température selon la revendication 1, caractérisé en ce que le polymère piézoélectrique est du polyfluorure de vinylidène (pif2). 3. Capteur piézoélectrique compensé en température selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plaque et les masselottes sont en un matériau conducteur et en ce que les moyens pour lier rigidement les deux masselottes servent également de liaison électrique entre ces masselottes. 4. Capteur piézoélectrique compensé en température selon la revendication 1 constituant un accéléromètre, caractérisé en ce que ladite plaque est solidaire d'un bâti constituant un boîtier contenant ladite plaque et les masselottes. 5. Capteur piézoélectrique compensé en température selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit boîtier contient également des circuits électroniques de traitement des signaux fournis par lesdites électrodes, les signaux traités étant accessibles par un connecteur (24) traversant le boîtier.