Brevet FR2777657A1 — publié le 19991022

L'invention se rapporte à un capteur piézo-électrique d'accélération comprenant un ruban piézo-électrique qui fléchit en fonction de forces d'accélération agissant sur lui et génère une tension piézo-électrique correspondante qui est prélevée par des contacts placés de part et d'autre. DE 44 19 843 A1 décrit un tel capteur piézo-électrique d'accélération. Ce capteur comprend un composant piézo-électrique qui se compose d'éléments de plaques piézo-électriques placés l'un contre l'autre et ayant des polarisations piézo-électriques opposées. Les deux surfaces du composant piézo-électrique sont équipées d'électrodes conductrices qui sont 0o connectées électriquement aux entrées d'une électronique de dépouillement. DE 44 40 078 A1 décrit un capteur piézo-électrique d'accélération qui comprend deux éléments flexibles analogues à des bâtons en céramique piézo-électrique, qui sont équipés d'électrodes extérieures et qui sont encastrées au milieu de manière à déborder à gauche et à droite d'un dispositif de fixation, de sorte que lorsque des accélérations agissent, les deux extrémités libres des éléments flexibles subissent une flexion. La tension piézo-électrique ainsi induite peut être analysée par une électronique connectée de dépouillement pour la détermination de l'accélération. Les capteurs piézo-électriques usuels d'accélération du type tel que spécifié ci-dessus répondent, en particulier lorsqu'ils sont d'un mode d'exécution micro-mécanique et en particulier lorsqu'ils sont utilisés dans des véhicules automobiles, même à des impulsions parasites très brèves d'accélération, qui sont provoquées par des coups de marteau ou des chocs de pierres agissant à proximité d'eux. Ceci est indésirable dans des cas déterminés, par exemple il ne faut pas, dans le cas d'une commande d'un coussin d'air, qu'un déclenchement de ce dernier soit provoqué par de brèves impulsions parasites d'accélération. L'invention a pour objet de créer un capteur piézo-électrique d'accélération du type tel que spécifié en préambule et qui soit insensible, même lorsqu'il est d'un mode d'exécution micro-mécanique, à des impulsions parasites brèves d'accélération. Selon une particularité essentielle de l'invention, des moyens de contreréaction qui sont prévus exercent sur le ruban piézo-électrique une force d'amortissement orientée dans le sens opposé de celui du mouvement de flexion induit par accélération. Il est possible d'obtenir ainsi que le capteur puisse être réalisé de manière à être très petit, en particulier en mode d'exécution micro-mécanique, dans lequel le ruban piézo-électrique sensible à l'accélération a une masse très faible. Cette très faible masse provoque une fréquence très élevée de transmission du ruban piézo-électrique qui répond donc par principe même à des effets à haute fréquence d'accélération tels que ceux de coups de marteau ou de chocs de pierres. La sensibilité du capteur d'accélération à de tels effets parasites brefs est toutefois réduite par les moyens de contre-réaction. Le capteur piézo-électrique d'accélération peut donc être conçu de manière qu'il réponde de façon sélective en fréquence et bidirectionnelle et qu'il puisse être utilisé par exemple en commutateur de déclenchement de sécurité dans des systèmes à coussin d'air de véhicules o10 automobiles et ne doive pas effectuer un branchement sous l'effet de chocs brefs tels que ceux de coups de marteau ou de chocs de pierres produits à proximité, mais uniquement en cas de véritables décélérations notables du véhicule tels qu'elles sont provoquées en cas de risque d'accident. Suivant une particularité avantageuse du capteur piézo-électrique d'accélération selon l'invention, les moyens de contre-réaction comprennent deux plaques d'électrode distantes l'une de l'autre, entre lesquelles se trouve le ruban piézo-électrique et qui reçoivent une charge de contre-réaction en fonction du mouvement de flexion du ruban piézo-électrique de manière que l'amortissement du mouvement qui en résulte croisse avec l'élévation de la vitesse de ce mouvement de flexion. Ainsi est réalisé un mode d'exécution simple d'un moyen de contre-réaction efficace, sélectif en fréquence, c'est à dire amortissant très fortement les brèves impulsions d'accélération. Suivant une autre particularité avantageuse de l'invention, les plaques d'électrode sont connectés aux contacts du ruban piézo-électrique par I'entremise d'un filtre passe-haut et de diodes. Ainsi, le signal piézoélectrique est utilisé directement pour la génération d'une force de contre-réaction par les plaques d'électrode. Les diodes garantissent que la polarité d'attaque est la bonne, tandis que le filtre passe-haut fait en sorte que seules les impulsions parasites brèves d'accélération soient amorties. En variante de réalisation, le capteur comprend des moyens électromagnétiques de contre-réaction et le ruban piézo-électrique comporte un revêtement magnétique et les moyens de contre-réaction sont formés de deux électro-aimants distants l'un de l'autre, entre lesquels se trouve le ruban piézo-électrique et qui sont attaqués en fonction du mouvement de flexion du ruban piézo-électrique de manière à provoquer une contreréaction telle que l'amortissement dudit mouvement qui en résulte croisse avec l'élévation de la vitesse de ce mouvement. 3 2777657 Un exemple avantageux de réalisation de l'invention va être décrit en regard du dessin annexé sur lequel: la figure 1 est un schéma d'un capteur piézo-électrique d'accélération occupant une position de repos, la figure 2 est un schéma qui correspond à celui de la figure 1, mais dans lequel le capteur piézo-électrique d'accélération est à un état déformé. L'élément essentiel du capteur piézo-électrique d'accélération 10 que représentent les figures 1 et 2 est un ruban piézo-électrique 1 qui est io formé de deux moitiés juxtaposées la, lb de polarités opposées, qui se trouve entre deux plaques latérales d'électrode 3 et 4 et qui est fixé d'un côté dans un support mécanique 2. Alors que le ruban piézo-électrique 1 de la figure 1 se trouve en position médiane de repos à laquelle il n'a pas été déformé, la figure 2 montre la manière dont le ruban piézo-électrique 1 fléchit par suite des forces d'inertie en cas d'apparition d'une accélération dans le sens de la flèche 11. Il en résulte alors, en fonction de l'amplitude du fléchissement du ruban piézo- électrique 1, un transfert de charge entre ses électrodes extérieures opposées la, lb, de sorte qu'une tension électrique correspondante est produite entre ces dernières. Cette tension piézo-électrique est prélevée par des contacts de connexion et elle passe dans un amplificateur différentiateur 9 et représente alors le signal de sortie du capteur piézo-électrique d'accélération 10, qui sert de mesure de l'accélération à laquelle ce dernier est soumis. Les électrodes extérieures la, lb du ruban piézo-électrique 1 sont mises à la masse par l'intermédiaire de résistances 8, de sorte qu'un équilibre de charge a lieu entre elles à la fin d'un temps caractéristique. Les deux électrodes extérieures la, lb du ruban piézo- électriques 1 sont également raccordées par l'entremise de deux diodes 6 montées en parallèle à l'entrée d'un filtre passe-haut 7, de sorte que celui-ci ne reçoit qu'un signal positif en tension provenant de l'une des deux électrodes extérieures la, lb. Ce signal ayant passé par le filtre passe-haut est dirigé sur un amplificateur 5 dont la sortie est raccordée aux plaques d'électrode 3 et 4. Ainsi, les plaques d'électrode 3 et 4 reçoivent une charge positive lors d'un fléchissement du ruban piézo-électrique 1. Le fléchissement du ruban piézo-électrique 1 que représente la figure 2 provoque, du fait que la polarité est la même, une répulsion du ruban 1 par la plaque d'électrode droite 3 dont se rapproche ce dernier et, du fait de la différence de polarité, une attraction du ruban 1 par la plaque gauche d'électrode 4. 4 2777657 Le ruban piézo-électrique 1 est donc soumis à une force agissant à l'encontre de son fléchissement et il se produit une contre-réaction. Cette contre-réaction est sélective en fréquence en raison de la présence du filtre passe-haut 7. Une forte opposition est imposée à un fléchissement rapide du ruban piézo-électrique 1 par rapport à la durée caractéristique de filtrage du filtre passe-haut 7, tandis que, par contre, une déviation lente demeure pratiquement sans subir une influence. Le capteur représenté d'accélération convient par exemple pour être utilisé en commutateur de déclenchement de sécurité pour un système de io coussin à air d'un véhicule automobile. Un tel commutateur sert à empêcher un déclenchement intempestif de la poche à air provoqué par des impulsions parasites mécaniques brèves, par exemple de coups de marteau, mais par contre à libérer le déclenchement du coussin à air en cas de fortes décélérations du véhicule qui sont dues à un accident. Le capteur représenté satisfait à ces critères même lorsqu'il est fabriqué suivant la technologie des micro- mécanismes de manière qu'il ait un très faible encombrement, car l'amortissement par contre-réaction électrostatique ayant subi un filtrage passe- haut s'oppose à une fréquence de transmission qui est élevée en raison de la très faible masse du ruban piézo-électrique 1. Il doit être bien compris que d'autres modes de réalisation du capteur piézo-électrique d'accélération selon l'invention que l'exemple représenté sont possibles, par exemple l'un dans lequel non pas un champ électrostatique, mais un champ électromagnétique s'oppose par contreréaction à une flexion du ruban piézo-électrique. A cette fin, ce ruban, qui est également monté d'un côté dans un support mécanique, comporte accessoirement un revêtement magnétique. Les deux plaques latérales d'électrode 3 et 4 de l'exemple de réalisation représenté sur les figures sont remplacées par deux électro-aimants disposés en conséquence. Pour s'opposer à une flexion du ruban piézo-électrique, ceux-ci reçoivent un courant d'un convertisseur de tension en courant qui reçoit de manière analogue à l'exemple de réalisation que représentent les dessins son signal d'entrée en tension, en fonction du fléchissement de ce ruban, des électrodes extérieures de ce dernier dans chaque cas par l'entremise de l'une de deux diodes et d'un filtre passe-haut monté en aval. Ce convertisseur de tension en courant remplace donc lI'amplificateur 5 de l'exemple de réalisation représenté. Selon l'intensité du courant, ces deux électro-aimants génèrent un champ magnétique plus ou moins grand qui provoque une interaction avec le revêtement magnétique placé 2777657 sur le ruban piézo-électrique, de sorte qu'une force s'opposant au fléchissement de ce dernier est provoquée. Comme dans l'exemple de réalisation que représentent les figures, la contre-réaction se produit également de manière sélective en fréquence. Les exemples de réalisation décrits du capteur piézo-électrique d'accélération peuvent si nécessaire être simplifiés par le fait que le ruban piézo-électrique n'est pas exposé à un champ électrique ou magnétique de contre-réaction, variable dans le temps, en fonction de son fléchissement, mais simplement à un champ électrique ou magnétique qui est statique et provient io d'électrodes ou d'électro-aimants. Avec un tel capteur piézo-électrique d'accélération, les diodes, le filtre passe-haut ainsi que l'amplificateur ou le convertisseur de tension en courant sont supprimés, de sorte qu'il peut être réalisé à meilleur prix. Avec ces modes de réalisation du capteur, les fléchissements rapides et lents du ruban piézo-électrique subissent un amortissement à peu près de même force. L'invention est utilisable aussi bien pour un capteur d'accélération comprenant un ruban piézo-électrique monté d'un côté, comme représenté dans l'exemple de réalisation, que pour un tel capteur comprenant un ruban monté au milieu et tel que décrit dans le document mentionné plus haut DE 44 40 078 A1. 6 2777657 REVENDICATIONS 1. Capteur piézo-électrique d'accélération (10) comprenant un ruban piézo-électrique (1) qui fléchit en fonction des forces d'accélération agissant sur lui et génère une tension piézo-électrique correspondante qui est prélevée par des contacts situés de part et d'autre, caractérisé par des moyens de contre-réaction (3, 4) qui exercent sur le ruban piézo-électrique (1) une force d'amortissement orientée dans le sens opposé de celui du mouvement de flexion induit par accélération 2. Capteur piézo-électrique d'accélération (10) selon la io revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de contre-réaction comprennent deux plaques d'électrode (3, 4) placées à distance l'une de l'autre, entre lesquelles le ruban piézo-électrique (1) se trouve et qui reçoivent une charge de contre-réaction en fonction du mouvement de flexion dudit ruban de manière que l'amortissement de ce mouvement qui en résulte croisse avec I'élévation de la vitesse dudit mouvement de flexion. 3. Capteur piézo-électrique d'accélération (10) selon la revendication 2, caractérisé en ce que les plaques d'électrode (3, 4) sont connectées aux contacts du ruban piézo-électrique (la, lb) par l'entremise d'un filtre passe-haut (7) et de diodes (6). 4. Capteur piézo-électrique d'accélération (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le ruban piézo-électrique (1) comporte un revêtement magnétique et les moyens de contre-réaction sont formés de deux électro-aimants distants l'un de l'autre, entre lesquels se trouve le ruban piézo-électrique et qui sont attaqués en fonction du mouvement de flexion du ruban piézo-électrique de manière à provoquer une contre-réaction telle que l'amortissement dudit mouvement qui en résulte croisse avec l'élévation de la vitesse de ce mouvement.