Brevet FR2782798A1 — publié le 20000303

La présente invention concerne le domaine des bancs de mesure destinés à analyser les sollicitations générées par des mobiles présentant de grandes dynamiques lors de leur fonctionnement au sein d'un mécanisme. Par sollicitations, on entend: efforts, déplacements, vitesses, accélérations provoqués par des chocs dus au fonctionnement d'un mécanisme, ces chocs peuvent être d'origine mécanique, pyrotechnique ou autre. Ces sollicitations sont axiales et peuvent être positives ou négatives. Par mécanisme, on entend: tout objet faisant l'objet de la mesure. Ce peut être une cartouche éjectant une masse, une arme à feu dont on veut caractériser le recul, un projectile dont on souhaite mesurer l'impact, un mécanisme subissant un choc mécanique ou pyrotechnique, un mécanisme subissant un choc dû à des ruptures de pièces qui le constituent, etc. Les bancs de mesure connus comprennent généralement des embases support massives et fixes et un nombre excessif de pièces mécaniques. La Demanderesse a constaté que ces moyens génèrent des résonances parasites d'un niveau comparable à celui recherché et contenu dans le signal mesuré. Ceci rend délicate l'analyse du signal recherché. La présente invention a pour but d'améliorer la qualité de la mesure. Ce but est atteint, selon la présente invention grâce à un banc de mesure comprenant une cellule de détection qui comprend: - une masse sismique, un capteur de force associé à la masse sismique, et - un support pour la masse sismique, dans laquelle cellule de détection, la masse sismique est montée flottante ou libre de déplacement par rapport au support. Un tel banc de mesure permet de dissocier la dynamique du bâti supportant la masse sismique, de la dynamique mesurée et d'améliorer ainsi la qualité de la mesure. En effet, les fréquences propres de la cellule de mesure selon l'invention sont générées au dessus de celles du signal recherché. Ainsi la fréquence du premier mode propre de vibration axiale de la cellule de détection du banc de mesure selon l'invention peut être supérieure à 6 000 Hz. D'autres caractéristiques, buts et avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit. On comprendra aussi mieux l'invention à l'aide des dessins joints sur lesquels: - la figure 1 est une représentation schématique en coupe médiane d'un mode particulier de réalisation d'une cellule de détection selon l'invention; - la figure 2 représente, selon une coupe analogue à celle de la figure 1, une variante d'une cellule de détection selon l'invention; - la figure 3 est un agrandissement de la zone voisine du capteur de la cellule de détection représentée sur la figure 1; - la figure 4 est un agrandissement d'un dispositif de mise à feu électrique de la cellule de détection représentée sur la figure 1; ce dispositif de mise à feu étant dans la position qu'il occupe lorsque la cellule est chargée; - la figure 5 représente le même dispositif de mise à feu que celui de la figure 4, dans la position qu'il occupe lorsque la cellule est déchargée; - la figure 6 est une représentation schématique en coupe médiane d'un autre mode de réalisation d'une cellule de détection selon l'invention; la figure 7 est une représentation schématique en coupe médiane d'un autre mode de réalisation d'une cellule de détection selon l'invention; et - la figure 8 est une représentation schématique en coupe médiane d'encore un autre mode de réalisation d'une cellule de détection selon l'invention. Sur la figure 1 annexée, est représenté un mode de réalisation préférentiel d'une cellule de détection 10 conforme à la présente invention. Elle comprend un capteur de force 12, sous forme d'un capteur piézo- électrique, associé à une masse sismique 14. La masse sismique 14 est montée flottante ou libre de déplacement dans un support 16. Le positionnement de la masse sismique 14 à l'intérieur du support 16 est assuré par des moyens de positionnement 18 qui peuvent faire l'objet de nombreux modes de réalisation. Selon le mode de réalisation illustré par la figure 1, ces moyens de positionnement 18 peuvent être formés d'un bloc de matériau élastique (fig. 1 et 2), par exemple en mousse élastomère intercalé entre la masse sismique 14 et le support 16. Plus précisément, la cellule de détection 10 est de préférence symétrique de révolution autour d'un axe 0-0 qui coïncide avec la direction de l'effort appliqué par le mécanisme 1 que l'on souhaite analyser. Préférentiellement, la géométrie de la masse sismique 14 est cylindrique. Ce type de géométrie est particulièrement avantageux pour éviter toute vibration parasite de la masse sismique 14. Préférentiellement aussi, le capteur 12 est sous forme d'un anneau cylindrique centré sur l'axe 0-0. Pour réaliser les cellules de détection 10 selon l'invention, on minimise le nombre de pièces entre le mécanisme 1 et la masse sismique 14. On diminue ainsi la masse au-dessus du capteur 12, ce qui permet d'obtenir des fréquences des modes propres de vibration axiale des cellules de détection, supérieures à 6 kHz. Entre le capteur 12 et le mécanisme 1, est intercalée une interface 13 et éventuellement aussi, une interface auxiliaire 5. L'interface 13 est au contact du capteur 12. L'interface auxiliaire est au contact du mécanisme 1. L'interface 13, à titre d'exemple, est formée d'une bague centrée sur l'axe 0-0 et pourvue d'un canal central taraudé dans lequel est vissé, ou fixé par tout autre moyen approprié, un tirant 20. On retrouve donc, du mécanisme 1 vers le support 16, la cascade des éléments suivant en série: I'interface auxiliaire 5, I'interface 13, le capteur 12, la masse sismique 14 et les moyens 18 de positionnement. L'ensemble des pièces de la cellule de détection 10 est maintenu par le tirant 20 qui traverse la masse sismique 14 au niveau d'un canal central ménagé dans celle-ci. Le tirant traverse également le capteur 12. Il est solidaire de l'interface 13, d'un côté du canal central. A l'extrémité opposée du canal central, par rapport à l'interface 13, il est par exemple vissé sur un écrou 22 ou tout moyen équivalent, éventuellement avec interposition d'une rondelle. Le tirant 20 précontraint le capteur 12. Le capteur 12 étant ainsi intercalé entre l'interface 13 et la masse sismique 14, I'homme de l'art comprendra que le réglage de l'écrou 22 sur le tirant 20 permet de régler la précontrainte du capteur 12, de manière à ce que le niveau d'effort de précontrainte soit supérieur au niveau des efforts mesurés. La rigidité du tirant 20 doit être suffisamment faible devant la rigidité axiale du capteur 12, pour pouvoir être négligée. Préférentiellement, La rigidité du tirant 20 est inférieure au dixième de celle du capteur 12. Selon le mode de réalisation illustré par les figures 1 et 3, I'interface auxiliaire 5 n'est pas solidaire du mécanisme 1. Mais selon le mode de réalisation illustré par la figure 2, I'interface auxiliaire 5 est montée sur le mécanisme 1 auquel elle est maintenue par exemple par des vis de type M4. L'interface auxiliaire 5 est interchangeable. Elle peut avoir une forme adaptée spécifiquement à chaque type de mécanisme 1 à tester. A titre d'exemples non limitatifs, I'interface auxiliaire 5 peut être formée en alliage d'aluminium, l'interface capteur 13 peut être formée en alliage de titane. Les alliages d'aluminium sont utilisés pour leur légèreté. Les propriétés des alliages de titane représentent un bon compromis entre rigidité (pour avoir une déformation uniforme du capteur piézoélectrique), légèreté (pour augmenter la fréquence des modes propres) et résistance à l'usure (pour permettre de cumuler les mesures sans avoir à faire de réétalonnage). Comme illustré par les figures 3, 4 et 5, I'interface auxiliaire 5 peut être munie en son centre d'une cavité apte à recevoir un dispositif de mise à feu 7. Sur les figures 3, 4 et 5 sont représentés des dispositifs de mise à feu électriques, mais ils pourraient être mécaniques. Selon le mode de réalisation du dispositif de mise à feu 7 électrique illustré par les figures 3, 4 et 5, ce dernier comprend un élément conique 8 apte à établir un contact électrique au niveau de sa pointe, avec le mécanisme 1. Cet élément conique 8 est relié électriquement à une alimentation électrique par un fil électrique 3. L'élément conique 8 est monté sur une rondelle 4 sur laquelle s'exerce la poussée d'un ressort 9, de manière à presser la pointe de l'élément conique 8 sur le mécanisme 1. L'élément conique 8 peut se déplacer entre deux positions, I'une correspondant à la configuration o le mécanisme 1 repose sur la cellule de détection 10 (fig. 4), I'autre correspondant à la configuration o le mécanisme 1 n'est plus en prise avec la cellule de détection 10 (fig. 5). Selon un autre mode de réalisation de l'invention, des moyens élastiques 19 travaillant à la traction sont fixés entre les parois 17 du support 16 et la masse sismique 14 (fig. 6), à la place des moyens de positionnement 18 décrits précédemment. Selon encore un autre mode de réalisation de l'invention les moyens de positionnement 18 sont constitués d'un lit de particules élastomères, intercalé entre la masse sismique 14 et le support 16 (fig.7). Selon encore un autre mode de réalisation de l'invention, I'axe 0-0 de la cellule de détection 10 est horizontal et la masse sismique 14, munie de son capteur 12, est libre de déplacement dans un support 16 en forme de fût (fig.8). Selon une caractéristique avantageuse de la présente invention, le rapport entre la masse sismique 14 et la masse du mécanisme 1 est supérieur à 10. La masse sismique 14 peut être en acier ou en fonte par exemple. Avantageusement aussi, les surfaces de montage sont rectifiées. La tolérance de planéité des surfaces de montages situées entre le capteur 12 et le mécanisme 1 ont une planéité qui doit être inférieure ou égale à 0,02 mm. La tolérance de planéité des zones de contact direct avec le capteur 12 est même encore plus faible, elle doit être inférieure ou égale à 0,005 mm. La rugosité des surfaces des zones de contact avec le capteur 12 doit être inférieure à 0,8 pm. Avantageusement encore, le capteur 12 est un capteur piézo- électrique du type rondelle de charge à quartz de chez KISTLER . Le choix du capteur 12 dépend principalement de la section du mécanisme 1 à tester et de la valeur de la grandeur à mesurer. Il est préférable aussi de conserver un ratio maximum de 10 entre la valeur maximale admissible pour la mesure par le capteur 12 et la valeur crête mesurée. La Demanderesse a constaté après des essais, que la structure précédemment décrite permet de générer un signal utile représentant l'effort exercé par le mécanisme 1, exempt de toute vibration parasite à basses fréquences typiquement inférieures à 5 kHz. Ceci est dû notamment, par opposition aux bancs de l'art antérieur comprenant une embase massive, au fait que selon l'invention, la masse sismique 14 peut se déplacer librement lorsque l'effort du mécanisme 1 lui est appliqué. Il a été décrit ci-dessus une cellule de détection 10 comprenant une masse sismique 14 cylindrique, mais la masse sismique peut aussi être globalement de type sphérique ou cubique. Selon d'autres variantes, il peut être prévu un nombre plus ou moins important de tirants 20. Dans ce cas, les tirants 20 sont équirépartis autour de l'axe de la masse sismique 14, à l'extérieur de celle-ci, par exemple. Un banc de mesure comprenant une cellule de détection 10 conforme à la présente invention peut être utilisée pour mesurer les forces générées par un mobile accéléré par rapport à la cellule de détection 10, grâce au capteur 12 associé à la masse sismique 14 montée flottante ou libre de déplacement par rapport à un support 16. Ainsi, une cellule de détection 10 conforme à la présente invention peut être utilisée pour analyser les sollicitations produites par des mécanismes de percussion pour projectiles, I'éjection de bombes ou de leurres, des pyromécanismes, notamment ceux de satellites, et d'une manière générale tous les mécanismes dans lesquels il y a une dynamique violente, comme par exemple, dans les mécanismes subissant des chocs. REVENDICATIONS 1. Banc de mesure comprenant une cellule de détection (10) qui comprend: une masse sismique (14), - un capteur (12) de force associé à la masse sismique (14), - un support (16) pour la masse sismique (14), dans laquelle cellule de détection (10), la masse sismique (14) est montée flottante ou libre de déplacement par rapport au support (16). 2. Banc de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport entre la masse sismique (14) et la masse du mécanisme (1) est supérieur à 10. 3. Banc de mesure selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la fréquence du premier mode propre de vibration axiale de la cellule de détection (10) est supérieure à 6 000 Hz. 4. Banc de mesure selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le capteur (12) est soumis à une précontrainte. 5. Banc de mesure selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le niveau d'effort de précontrainte est réglable de manière à ce que celui-ci soit supérieur au niveau des efforts mesurés. 6. Banc de mesure selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les surfaces de montage situées entre le capteur (12) et le mécanisme (1) ont une planéité inférieure ou égale à 0,02 mm. 7. Banc de mesure selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les surfaces de montage sont rectifiées de manière à avoir une planéité des zones de contact direct avec le capteur (12) inférieure ou égale à 0,005 mm. 8. Banc de mesure selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la rugosité des surfaces des zones de contact avec le capteur (12) est inférieure à 0,8 pm. 9. Banc de mesure selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le capteur (12) est un capteur piézoélectrique du type rondelle de charge à quartz de chez KISTLER . 10. Banc de mesure selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le ratio entre la valeur maximale admissible pour la mesure par le capteur (12) et la valeur crête mesurée est au maximum de 10. 11. Banc de mesure selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que des moyens de positionnement (18) de la masse sismique (14) à l'intérieur du support (16) sont formés de moyens élastiques (19) travaillant à la traction, fixés entre le support (16) et la masse sismique (14). 12. Banc de mesure selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le positionnement de la masse sismique (14) à l'intérieur du support (16) est assuré par un bloc de matériau élastique. 13. Banc de mesure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le positionnement de la masse sismique (14) à l'intérieur du support (16) est assuré par un lit de particules élastomères. 14. Banc de mesure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le capteur (12) est un capteur piézo- électrique. 15. Banc de mesure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la masse sismique (14) a une forme globalement sphérique ou cubique ou cylindrique. 16. Utilisation d'un banc de mesure selon l'une quelconque des revendications précédentes, pour mesurer les forces générées par un mobile accéléré par rapport à la cellule de détection (10), grâce à un capteur (12) associé à une masse sismique (14) montée flottante ou libre de déplacement par rapport à un support (16).