Brevet FR2733831A1 — publié le 19961108

La présente invention concerne un capteur de vibrations utilisable notamment pour la réception des ondes acoustiques ou sismiques. On connait des capteurs de vibrations comportant au moins un élément sensible de type piézo-électrique ou autre, fixé contre une paroi flexible d'un boitier. Cette paroi est par exemple la partie centrale d'une plaque dont la partie périphérique est renforcée et rigide. Le boitier peut être délimité par deux plaques analogues en appui l'une contre l'autre par leurs parties périphériques plus épaisses et portant chacune un élément sensible. Les électrodes des deux éléments sensibles sont interconnectées électriquement de façon à assurer une compensation des effets parasites dus aux accélérations. Lorsque la pression statique extérieure augmente, les deux plaques fléchissent jusqu'à venir en appui l'une contre l'autre. Leur écartement est choisi de façon que leur déformation maximale lorsqu'elles sont plaquées l'une contre l'autre, reste dans les limites de déformation élastique. De cette façon, le capteur est protégé contre les surpressions accidentelles. Les éléments sensibles peuvent être fixés extérieurement au boitier, ce qui leur confère une sensibilité qui varie peu (moins de 10% pour une pression statique de 10 MPa par exemple) avec les variations de la pression hydrostatique. On recouvre généralement les éléments sensibles par un revêtement protecteur (tel qu'une couche d'araldite enduite d'un vernis) de façon à maintenir une isolation électrique suffisante entre les électrodes. Ce mode d'agencement permet d'obtenir à coût relativement faible des capteurs très sensibles mais il arrive parfois que leur fiabilité se dégrade du fait que les éléments sensibles et leur revêtement protecteur éventuels sont directement exposés au milieu extérieur. Suivant un autre agencement connu, les éléments sensibles peuvent être fixés aux plaques sur leurs faces intérieures et donc à l'intérieur du boitier, ce qui leur assure une meilleure protection contre le milieu extérieur. Cependant, avec cette disposition, les éléments sensibles piézo-électrique qui sont des disques de céramique frittés et donc relativement fragiles sont facilement endommagés par écrasement quand l'augmentation de la pression hydrostatiques, en incurvant les plaques, vient les plaquer l'un contre l'autre. En outre, on constate que leur sensibilité diminue fortement avec l'augmentation de la pression hydrostatique, phénomène lié à leur fixation sur une face devenant convexe. Différents capteurs piézo-électriques sont décrits par exemple dans les brevets FR 1.556.971 et 2.122.675 du demandeur ou US 4.336.639. Le capteur de vibrations selon l'invention permet de détecter les variations de pression dans un milieu, en évitant les inconvénients des solutions intérieures Il comprend au moins une unité de détection comportant au moins une plaque de support pourvue d'une partie centrale flexible et d'une partie périphérique renforcée, et au moins un élément sensible associé à des électrodes, qui est fixé à la partie centrale de la plaque de support, sur une face de celle-ci devenant concave quand elle est soumise à une augmentation de la pression statique régnant dans ce milieu, et des conducteurs électriques reliés aux électrodes de chaque élément sensible. Le capteur de vibrations selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comporte un boitier rigide pourvu d'une cavité intérieure remplie d'un liquide, délimitée par une paroi flexible en contact avec le milieu et par ladite face de chacune des plaques de support. Le capteur de vibrations comporte de préférence un deuxième élément sensible associé à la partie centrale d'une deuxième plaque de support, sur une face devenant également concave avec l'augmentation de la pression statique régnant dans le milieu, la cavité intérieure du boitier rigide étant délimitée également par cette face de la deuxième plaque de support. Suivant un mode de réalisation, le boitier comporte une bague fermée à chacune de ses extrémités opposées par un embout l'un au moins d'entre eux servant d'appui à la partie périphérique renforcée d'une plaque de support, la paroi extérieure de la bague étant pourvue d'une ou plusieurs ouvertures de section suffisante pour ne pas affecter les signaux à mesurer, qui communiquent avec ladite cavité intérieure, et une gaine en matériau flexible pour isoler la cavité intérieure du milieu extérieur. La section extérieure de chaque partie renforcée est par exemple sensiblement égale à la section intérieure de la bague, le capteur comportant des moyens d'étanchéité pour isoler de la cavité intérieure, la face arrière de chaque plaque de support. De préférence, chaque embout est adapté à limiter la flexion de des parties centrales flexibles de chaque plaque de support. Avec un tel agencement, les éléments sensibles sont protégés des risques d'écrasement accidentel et de toute dégradation liée au contact direct avec le milieu extérieur. En outre, leur sensibilité n'a pas à souffrir des variations de la pression statique du fait de leur fixation sur une face extérieure des plaques de support. Un exemple non limitatif de réalisation du capteur de vibrations selon l'invention, sera décrit plus en détail ci-après en se référant aux dessins annexés o: - la Fig.1 montre en coupe transversale le boitier du capteur avec deux plaques et deux éléments sensibles; et - la Fig. 2 montre le même boitier en coupe longitudinale. Le capteur de vibrations comporte un boitier 1 constitué d'une bague cylindrique 2 fermée à ses deux extrémités opposées par deux embouts 3, 4. Il comporte deux plaques de support 5 pourvu chacun d'une partie centrale flexible 6 et d'une partie périphérique renforcée 7 dont la section extérieure est sensiblement égale à la section intérieure de la bague 2. Les parties périphériques renforcées 7 des deux plaques de support 5, sont en appui respectivement contre les deux embouts 3, 4. L'écartement entre chaque embout 3, 4 et la paroi intérieure de la partie centrale 6 correspndante, est choisi de façon que la flexion de la plaque de support 5, reste dans les limites de déformation élastique. La paroi intérieure de la bague 2 et les deux plaques de support 5 délimitent une cavité intérieure 8. Deux disques sensibles piézoélectriques 9 pourvus chacun d'électrodes de part et d'autre, sont fixés contre la partie centrale 6 respectivement des deux plaques de support 5 du côté de la cavité intérieure 8. Plusieurs ouvertures sont ménagées dans la paroi extérieure de la bague 2, au niveau de la cavité intérieure 8. La bague est revêtue extérieurement d'une gaine en matériau élestique 11 qui est tenue par des bagues d'étanchéité 12. Des joints d'étanchéité 13 sont disposés entre chaque embout 3, 4 et la partie périphérique renforcée 7, pour isoler de la cavité intérieure 8, la face arrière de chaque plaque de support 5. Un orifice fermé par un bouchon 14, est ménagé au travers de la paroi de la bague 2, permettant le remplissage de la cavité intérieure 8 avec un liquide tel que de l'huile par exemple. La bague 2 est aussi pourvue d'au moins une traversée étanche pour le passage de fils conducteurs 16 connectés intérieurement à la paire d'électrodes des deux disques sensibles 9. On ne sortirait pas du cadre de l'invention en remplaçant chaque disque piézo- électrique par tout autre élément sensible adapté à détecter les vibrations, ou bien en incorporant plusieurs paires de plaques de support 5 associées chacune à des éléments sensibles 9, à l'intérieur d'un élément tubulaire de plus grande longueur. REVENDICATIONS 1) Capteur de vibrations adapté à détecter des variations de pression dans un milieu, comprenant au moins une unité de détection comportant au moins une plaque de support (5) pourvue d'une partie centrale flexible (6) et d'une partie périphérique renforcée (7), et au moins un élément sensible (9) associé à des électrodes, qui est fixé à la partie centrale (6) de la plaque de support (5), sur une face de celle-ci devenant concave quand elle est soumise à une augmentation de la pression statique dans ce milieu, et des conducteurs électriques (16) reliés aux électrodes de chaque élément sensible (9), caractérisé en ce qu'il comporte un boitier rigide (1) pourvu d'une cavité intérieure (8) remplie d'un liquide, délimitée par une paroi flexible (11) en contact avec le milieu et par ladite face de chacune des plaques de support (5). 2) Capteur de vibrations selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un deuxième élément sensible (9) associé à la partie centrale (6) d'une deuxième plaque de support (5), sur une face devenant concave avec l'augmentation de la pression statique du milieu, la cavité intérieure (8) du boitier rigide (1) étant délimitée également par ladite face de cette deuxième plaque de support (5). 3) Capteur de vibrations selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le boitier (1) comporte une bague (2) fermée à chacune de ses extrémités opposées par un embout (3, 4), l'un au moins d'entre eux servant d'appui à la partie périphérique renforcée (7) d'une plaque de support (5), la paroi extérieure de la bague (2) étant pourvue d'une ou plusieurs ouvertures (10) communiquant avec ladite cavité intérieure (8), et une gaine (11) en matériau flexible pour isoler la cavité intérieure (8) du milieu extérieur. 4) Capteur de vibrations selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la section extérieure de chaque partie renforcée (7) est sensiblement égale à la section intérieure de la bague (2), le capteur comportant des moyens d'étanchéité (13) pour isoler de la cavité intérieure (8), la face arrière de chaque plaque de support (5). ) Capteur de vibrations selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque embout (3, 4) est adapté à limiter la flexion de des parties centrales flexibles (6) de chaque plaque de support (5). 6) Capteur de vibrations selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la bague comporte une ouverture (14) permettant le remplissage de la cavité intérieure (8). 7) Capteur de vibrations selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la bague comporte une ou plusieurs traversées étanches (15) pour des conducteurs électriques (16) reliés aux électrodes de chacune desdits éléments sensibles (9). 8) Capteur de vibrations selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs unités de détection disposées à l'intérieur d'un élément tubulaire, chacune comportant au moins une plaque de support (5) associé à un élément sensible (9).