Brevet FR2757636A3 — publié le 19980626

FR 2757636 A3 19980626 FR 9616013 A 19961220 La présente invention concerne un corps d'épreuve pour capteurs d'accélération inertiels et capteurs de vitesse angulaire du type 'Pendule de Foucault' en fonctionnement simultanés. A l'heure actuelle, les capteurs d'accélération et les capteurs de vitesse angulaire sont deux dispositifs distincts. Il faut alors autant de capteurs qu'il y a d'accélérations ou de vitesses angulaires à mesurer. Le corps d'épreuve selon l'invention permet de combiner sur un seul bloc de matière le corps d'épreuve de trois accéléromètres et deux gyromètres vibrants. Le corps d'épreuve comporte plusieurs parties : plusieurs supports pour actionneurs/capteurs linéaires, plusieurs éléments ressorts, un coeur de structure et des masses périphériques. Le principe d'utilisation consiste à combiner sur un seul corps d'épreuve trois modes de fonctionnement : la fonction d'accéléromètre inertiel, la fonction de vibration d'excitation de référence pour la détection gyroscopique et la fonction de gyromètre. Le dessin annexé illustre l'invention La figure 1 représente le corps d'épreuve de l'invention. Le corps d'épreuve possède quatre axes de symétrie : x, y, x=-y et x=y. Le corps d'épreuve est constitué d'un seul bloc de matière. Il est composé de quatre parties distinctes Partie 1 : support des actionneurs/capteurs linéaires situés aux extrémités centrifuges des éléments ressorts (partie 2). Ils sont au nombre de huit. Ce sont les éléments de transmission mécanique entre le monde extérieur et les éléments ressorts du corps d'épreuve (partie 2). Ils servent de supports aux capteurs ou aux actionneurs linéaires. Partie 2 : éléments ressorts situés à la périphérie du coeur de structure (partie 3). Ils sont au nombre de huit. Ce sont des éléments de transmission entre les support s des actionneurs/capteurs (partie 1) et le coeur de structure (partie 3). Ils ont pour fonctions d'introduire des éléments de raideur mécanique entre les actionneurs linéaires (partie 1) et la masse sismique (parties 3 et 4) afin de constituer un oscillateur harmonique. Les éléments ressorts sont en forme de diapasons juxtaposés ce qui permet de diminuer l'amortissement interne. Partie 3 : coeur de structure situé au centre du corps d'épreuve. I1 est unique. I1 sert d'ancrage aux masses périphériques (partie 4). Il constitue une des extrémités d'ancrage des éléments ressorts (partie 2). I1 a pour fonction de transmettre les mouvements de rotation et de translation entre les éléments ressorts périphériques (partie 2) et les masses périphériques (parties 4). Partie 4 : masses périphériques situées sur la périphérie du coeur de structure (partie 3). Elles sont au nombre de quatre. Elles ont pour fonctions d'augmenter la charge inertielle du corps d'épreuve. Elles représentent les masses gyroscopiques sensibles à la force de Coriolis. Le principe d'utilisation du corps d'épreuve combine les principes des accéléromètres inertiels et des capteurs de vitesses angulaires vibrants du type 'Pendule de Foucault'. L'originalité porte sur l'association de ces deux types de capteurs sur une seule pièce. Dans une technologie plane, il est possible d'intégrer un accéléromètre et deux gyromètres vibrants. Dans une technologie non-plane, il est possible d'intégrer trois accéléromètres et deux gyromètres vibrants sur la structure du corps d'épreuve. Les trois fonctions du corps d'épreuve exploitent les modes de vibration naturels de la structure. Les trois fonctions peuvent être simultanées. Fonction I : accéléromètre inertiel. Cette fonction passive exploite les modes de vibration fondamentaux de translations du corps d'épreuve suivant les axes x, y, z. Dans les trois cas, la structure est assimilable à un système masseressort, autrement dit un accéléromètre. Les détections des translations sur le coeur de structure ou sur les masses périphériques donnent des signaux corrélés avec les accélérations extérieures que subit le corps d'épreuve. Fonction II : vibration d'excitation de référence. Cette fonction active exploite le mode de vibration fondamental de rotation du corps d'épreuve suivant l'axe z. Des mouvements de translation alternatifs appropriés sont appliqués sur les supports prévus à cet effet (partie 1). Ceci a pour conséquence de mettre les parties 3 et 4 en rotation alternative autour de l'axe z. Un effet bras de levier amplifie les vibrations dans les masses périphériques (partie 4). La détection de ce mouvement de rotation par des capteurs appropriés permet d'obtenir une vibration de référence par boucle de régulation. Fonction III : gyromètre vibrant. Cette fonction exploite les modes de vibration fondamentaux de rotation du corps d'épreuve suivant les axes x=-y et x=y et la mise en vibration de rotation suivant l'axe z du corps d'épreuve (fonction II). Les causes combinées d'une ou des vitesses angulaires extérieures suivant les axes x=-y ou x=y et d'une vibration de rotation forcée suivant l'axe z (fonction II) ont pour effet de créer des forces de Coriolis de direction z, appliquées aux masses périphériques. Les forces de Coriolis étant de sens opposés pour des masses périphériques symétriques de centre O du corps d'épreuve, les modes de vibration de rotation suivant les axes x=-y et x=y sont excités. En effectuant une mesure différentielle des déplacements entre deux masses périphériques symétriques (partie 4) de centre O sur l'axe x=-y (respectivement x=y), on obtient un signal corrélé avec la vitesse de rotation angulaire extérieure d'axe x=-y (respectivement x=y). Le corps d'épreuve selon l'invention est destiné aux systèmes de navigation où il peut remplacer plusieurs capteurs à la fois. Dans sa version plan, le corps d'épreuve peut être réalisé en technologie micro-electro-mécanique (Micro Electro Mechanical Systems ou MEMS). Il peut alors constituer un micro capteur de navigation inertiel. REVENDICATIONS 1) Dispositif servant de corps d'épreuve pour capteurs accélérométriques et gyroscopiques caractérisé en ce qu'il comporte : huit supports pour actionneurs/capteurs linéaires, liés chacun à huit éléments ressorts, eux même tous liés à un coeur de structure auquel est attaché quatre masses périphériques. 2) Accéléromètre caractérisé en ce qu'il comprend le dispositif selon la revendication 1. 3) Gyromètre vibrant caractérisé en ce qu'il comprend le dispositif selon la revendication 1, le corps d'épreuve constituant un support de la vibration de rotation. 4) Accéléromètre / gyromètre vibrant caractérisé en ce qu'il comprend le dispositif selon la revendication 1.