Brevet FR2861169A1 — publié le 20050422

La présente invention concerne le domaine des dispositifs de sécurité pour organes sensibles, notamment pour inflammateurs à application pyrotechnique. Les inflammateurs comprennent généralement une masse de matériau thermiquement inflammable associé à une alimentation électrique propre à provoquer l'échauffement du matériau par effet Joule. Dans les applications modernes, l'utilisation d'inflammateurs conduit à un dilemme : d'une part, pour des raisons de consommation, on souhaite que l'énergie de mise à feu soit la plus faible possible, mais d'autre part, pour des raisons de sécurité on souhaite que les inflammateurs soient le plus robuste possible face aux agressions électriques ou électromagnétiques, qu'elles soient de nature parasite ou pilotée. Les dispositifs de sécurité jusqu'ici proposés ne donnent pas totalement satisfaction. La présente invention a pour but d'améliorer la situation. Ce but est atteint dans le cadre de la présente invention grâce à un dispositif comprenant un organe actif et un dispositif de sécurité qui comporte en combinaison, d'une part un moyen à logique électrique, et d'autre part un moyen à logique mécanique piloté par le moyen à logique électrique, lesquels moyen à logique électrique et moyen à logique mécanique peuvent être commutés chacun entre une position de verrouillage dans laquelle ils interdisent la mise en oeuvre de l'organe actif et une position de libération dans laquelle ils autorisent la mise en oeuvre dudit organe actif. D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels : - la figure 1 représente une vue schématique, sous forme de blocs fonctionnels, de l'architecture générale d'un système conforme à la présente invention, - la figure 2 représente une vue plus détaillée d'un système conforme à la présente invention dans le cadre d'une application à un inflammateur pyrotechnique, - la figure 3 schématise un mode particulier et non limitatif de réalisation des moyens de logique mécanique, et - les figures 4 et 5 représentent deux variantes alternatives et non limitatives de moyens interrupteurs associés à un filament d'inflammateur. On a schématisé sur la figure 1 annexée, un système conforme à la présente invention comprenant en combinaison un organe actif 100, des moyens à logique électrique 200 et des moyens à logique mécanique 300. L'organe actif 100 peut faire l'objet de nombreux modes de réalisation. Il s'agit de préférence d'un inflammateur pyrotechnique comprenant une masse de matériau thermiquement inflammable associée à un filament adapté pour être relié sélectivement à une alimentation électrique. Les moyens à logique électrique 200 et les moyens à logique mécanique 300 seront précisés par la suite. On rappelle ici que comme indiqué précédemment, les moyens logiques mécaniques 300 sont pilotés par les moyens à logique électrique 200. Par ailleurs, les moyens à logique électrique 200 et les moyens à logique mécanique 300 sont adaptés chacun pour être commutés entre une position de verrouillage dans laquelle ils interdisent la mise en oeuvre de l'organe actif 100 et une position de libération dans laquelle ils autorisent la mise en oeuvre dudit organe actif 100. Ainsi, dans le cadre de la présente invention, il est nécessaire que chacun des deux moyens 100 et 200 soit commuté en position de libération pour autoriser la mise en oeuvre de l'organe actif 100. Les moyens à logique mécanique 300 sont formés de préférence de verrous ou tiroirs susceptibles de déplacement par translation ou rotation sous l'effet de moyens moteurs associés pilotés par les moyens à logique électrique 200, par exemple sous forme de bobines électriques ou tout autre moyen équivalent. De préférence, il est ainsi prévu plusieurs moyens à logique mécanique de verrouillage. Ceux-ci peuvent être interactifs, c'est-à-dire coopérer entre eux. Par ailleurs, de préférence, il est prévu des moyens mécaniques de verrouillage répondant à des logiques opposées, c'est-à-dire d'une part, des moyens devant être activés et donc déplacés pour autoriser la mise en oeuvre de l'organe actif 100 et d'autre part, des moyens qui au contraire ne doivent pas être activés et par conséquent ne doivent pas être déplacés pour autoriser la mise en oeuvre de l'organe actif. Les moyens à logique électrique 200 comprennent de préférence des moyens de saisie d'un code numérique et des moyens de comparaison d'un code saisi avec un code prédéfini pour autoriser la commutation des moyens de logique mécanique en cas de coïncidence entre le code saisi et le code prédéfini. De préférence, il est prévu plusieurs moyens à logique électrique 200, c'est-à-dire la nécessité de saisie de plusieurs séquences successives de codes numériques. Par ailleurs, de préférence, dans le cadre de la présente invention, les moyens à logique électrique sont programmés pour exiger un séquencement et une temporisation précise entre les différents codes numériques successivement saisis pour autoriser la commutation des moyens à logique mécanique 300. On va maintenant préciser une application particulière de la présente invention à la sécurisation d'inflammateurs électriques en regard de la figure 2 annexée. Sur cette figure 2, on a schématisé en 110 un filament susceptible d'être relié à une alimentation électrique 102 et en 120 une masse de matériau inflammable disposée au contact ou à proximité du filament 110. On retrouve par ailleurs sur la figure 2 annexée, schématiquement illustrés, les moyens 200 à logique électrique et les moyens 300 à logique mécanique. Trois éléments de sécurité sont associés à l'inflammateur 100 selon le mode de réalisation schématisé sur la figure 2. Il s'agit 1) d'un interrupteur électrique 400,2) d'un shunt électrique 410 et 3) d'une masse thermique 420. Chacun de ces trois éléments 400,410, 420 est associé à un organe de commande respectif 402,412, 422. Chacun des organes de commande 402, 412,422 est piloté par le moyen logique électrique 200 et le moyen logique mécanique 300. En d'autres termes, chacun des organes de commande 402,412 et 422 ne peut être activé pour commuter l'élément 400,410, 420 respectivement associé que si préalablement le moyen à logique électrique et le moyen à logique mécanique 200 et 300 précités sont commutés de leur position de verrouillage dans leur position de libération. L'interrupteur électrique 400 est prévu en série entre l'alimentation électrique 102 et le filament 110. De façon connue en soi, au repos, l'interrupteur 400 est en position ouverte. L'alimentation électrique 102 n'est donc pas reliée au filament 110. Pour assurer la mise en oeuvre de l'organe actif 100, c'est-à-dire l'alimentation électrique du filament 110 et l'échauffement de la masse 120, l'interrupteur 400 doit être commuté en position fermée par l'organe de commande 402. Le shunt 410 est formé d'un interrupteur électrique placé en parallèle du filament 110, au plus près de celui-ci. En position de repos, le shunt 410 est en position fermée. Il court-circuite par conséquent tout parasite électrique ou électromagnétique susceptible d'être véhiculé en direction du filament 110. Pour autoriser la mise en oeuvre de l'organe actif 100, le shunt 410 doit être commuté préalablement en position ouverte par l'organe de commande 412. La masse thermique 420 peut être formée typiquement d'une languette, par exemple métallique. Au repos, la masse thermique 420 est placée en proximité du filament 110. Elle est conçue pour dissiper les calories émises par le filament 110 en cas d'alimentation intempestive de celui-ci. La masse thermique 420 peut cependant être déplacée dans une position éloignée du filament 110. Dans cette dernière position, les calories émises par le filament 110, par effet Joule, lors de son alimentation par le moyen 102, sont alors transmises à la masse 120 pour inflammer celle-ci. Le déplacement de la masse thermique 420 entre sa position de repos au contact du filament 110 et sa position éloignée de celui-ci, est commandé par l'organe 422. On a illustré sur la figure 3 une variante particulière et non limitative de réalisation des moyens à logique mécanique 300. On retrouve sur cette figure le filament 110 de l'inflammateur et la masse thermique 420 associée pilotée par son organe de commande 422. Bien entendu en variante, un tel moyen mécanique de verrouillage 300 peut être associé à l'interrupteur 400 et/ou au shunt 410. Le moyen à logique mécanique 300 illustré sur la figure 3 comprend un organe de commande 310 et cinq verrous 320,330, 332, 340, 342. Le verrou 320 est un verrou mécanique à logique négative, c'est-à-dire que comme on le comprend à l'examen de la figure 3, il ne doit pas être déplacé par rapport à sa position de repos illustrée sur cette figure pour autoriser le déplacement de la languette 420 en éloignement du filament 110. En effet, si le verrou 320 est déplacé par rapport à cette position de repos, en rapprochement de la languette 420, il est susceptible de pénétrer dans une gorge 421 formée dans la languette 420 pour interdire alors son déplacement. Les deux verrous 330,340 sont au contraire des verrous à logique positive. En position de repos, comme illustré sur la figure 3, ils sont en prise dans des gorges respectives 423,424 de la languette 420 et interdisent son déplacement. Les verrous 330,340 doivent donc être déplacés en dehors des gorges 423,424 pour autoriser ultérieurement le déplacement de la languette 420. Le verrou 330 est associé au verrou secondaire 332. En position de repos, celui-ci est en prise dans une gorge 331 du verrou 330 et interdit son déplacement. Le verrou 332 doit donc être déplacé préalablement en éloignement du verrou principal 330 pour autoriser le retrait de celui-ci. Le verrou principal 340 est lui associé à un verrou secondaire 342 de logique négative. Là encore, le verrou secondaire 342 ne doit pas être déplacé pour autoriser le déplacement du verrou principal 340, comme on le comprend à l'examen de la figure 3. Dans le cas contraire, le verrou secondaire 342 vient en prise dans une gorge 341 du verrou 340 et interdit le déplacement de ce dernier. En définitive, la logique des moyens particuliers non limitatifs représentés sur la figure 3 est la suivante, pour autoriser le déplacement de la languette 420 : - le verrou 320 doit rester en position de repos, - le verrou secondaire 332 doit être rétracté, - puis le verrou principal 330 doit être rétracté, - le verrou secondaire 342 doit rester en position de repos, et - le verrou principal 340 doit être rétracté. Bien entendu, comme indiqué précédemment, le nombre et la logique des moyens mécaniques 300 représentés sur la figure 3, ne sont pas limitatifs. On a représenté sur les figures 4 et 5, deux variantes de réalisation des moyens électriques formant interrupteur et shunt. Selon la réalisation donnée sur la figure 4, il est prévu deux interrupteurs 404,406 susceptibles d'être commutés entre une position de repos telle qu'illustrée sur la figure 4 et une position de travail. En position de repos, les interrupteurs 404 et 406 forment en combinaison un shunt en parallèle du filament 110. Au contraire, en position de travail, les interrupteurs 404 et 406 assurent la liaison entre l'alimentation électrique 102 et le filament 110. Enfin, on a représenté sur la figure 5, un interrupteur 400 unique susceptible d'être commuté entre une position de repos illustrée sur la figure 5 dans laquelle l'interrupteur 400 forme un shunt en parallèle du filament 110 et une position de travail dans laquelle l'interrupteur 400 assure une liaison entre l'alimentation 102 et le filament 110. Bien entendu la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation particuliers qui viennent d'être décrits, mais s'étend à toute variante conforme à son esprit. De préférence, dans le cadre de la présente invention, l'ensemble des moyens assurant les déplacements mécaniques, que ce soit au niveau des moyens de logique mécanique 300, ou encore au niveau de l'interrupteur 400, au niveau du shunt 410 ou du déplacement de la languette thermique 420, sont formés des moyens de commande de type MEMS selon l'expression anglosaxone. En d'autres termes, dans le cadre de la présente invention, ces moyens de déplacement mécanique sont formés de micro-actionneurs usinés sur un substrat semi-conducteur, de préférence à base de silicium. La technologie MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) est bien connue de l'homme de l'art. Elle ne sera donc pas décrite dans le détail par la suite. A titre d'exemples non limitatifs, on pourra se référer aux documents suivants : [1] "A quantitative analysis of Scratch Drive Actuation for integrated S/Y motion system", P. Langlet et al. IEEE Transducers 1997, p 773-776. [2] "Scratch Drive Actuator with Mechanical Links for Self-Assembly of Three-Dimensional MEMS", T. Akiyama et al., Journal of Microelectromechanical Systems, Vol. 6, n 1,1997. [3] "Design and Characterization of High-Torque/Low-Speed Silicon Based Electrostatic Micromotors Using Stator/Rotor Contact Interactions" P. Minotti et al., Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 37,1998, p 359- 361. [4] LEE A P et al. : "Polysilicon angular microvibromotors", Journal of Microelectromechanical Systems, US, IEEE INC. New York, vol. 1, n 2, 1 juin 1992 (1992-06-01). [5] DANEMAN M J et al. : "Linear microvibromotor for positioning optical components", Journal of Microelectromechanical Systems, US, IEEE INC. New York, vol. 5, n 3,1 septembre 1996 (1996-09-01). [6] PAI M et al. : "Low voltage Electrothermal Vibromotor for silicon optical bench applications", Sensors and Actuators A., CH, Elsevier Sequoia S. A., Lausanne, vol. 83, n 1-3, mai 2000 (2000-05). [7] FLEISCHER M et al. : "Novel Ultrasonic Motors with Mono and Bimodal Drives", Sensors and Actuators A, CH, Elsevier Sequoia S. A., Lausanne, vol. A21, n 1/03,1 février 1990 (1990-02-01). [8] FLEISCHER M et al. : "Ultrasonic Piezomotor with Longitudinally Oscillating amplitude transforming resonator", IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control, US, IEEE INC, New York, vol. 36, n 6,1 novembre 1989 (1989-11-01). Selon une autre caractéristique avantageuse de la présente invention, l'ensemble des moyens logiques électriques et le filament 110 sont réalisés sur un substrat commun aux éléments MEMS assurant le déplacement mécanique précité. L'homme de l'art comprendra que la présente invention permet la réalisation d'un organe actif, notamment d'un inflammateur pyrotechnique qui nécessite peu d'énergie pour sa mise en oeuvre, mais présente une forte résistance à l'égard d'agressions externes possibles, notamment à l'égard de courants parasites, agressions électromagnétiques ou décharges électrostatiques. En effet, le système conforme à la présente invention exige deux actions indispensables pour la mise en oeuvre de l'organe actif, à savoir d'une part, le déverrouillage du dispositif de sécurité, à la fois au niveau du moyen de logique électrique 200 et du moyen de logique mécanique 300 et d'autre part, l'initiation de l'inflammateur 110 ou la mise en oeuvre d'un organe actif en cas de moyens équivalents. Le moyen MEMS, dans le cadre de la présente invention, peut répondre à tout principe physique connu (électrostatique, magnétostatique, électromagnétique, induction, électrostriction, magnétostriction, etc ...). REVENDICATIONS 1. Dispositif de sécurité comprenant un organe actif (100) et un dispositif de sécurité (200,300) qui comporte en combinaison d'une part, un moyen logique électrique (200) et d'autre part, un moyen logique mécanique (300) piloté par le moyen logique électrique (200), lesquels moyen logique électrique (200) et moyen logique mécanique (300) peuvent être commutés chacun entre une position de verrouillage dans laquelle ils interdisent la mise en oeuvre de l'organe actif (100) et une position de libération dans laquelle ils autorisent la mise en oeuvre dudit organe actif (100). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le moyen à logique mécanique (300) comprend plusieurs verrous (320, 330,331, 340,342). 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que le moyen à logique mécanique (300) comprend des éléments interactifs (330,332 ; 340, 342), c'est-à-dire des éléments coopérant entre eux. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le moyen logique mécanique (300) comprend des moyens de logique opposés, c'est-à-dire des éléments de verrous devant être déplacés et des éléments de verrous ne devant pas être déplacés pour autoriser la mise en oeuvre de l'organe actif (300). 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le moyen à logique électrique (200) comprend des moyens de saisie d'un code numérique et des moyens de comparaison d'un code saisi avec un code prédéfini. 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que le moyen à logique électrique est adapté pour exploiter plusieurs codes numériques successifs. 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que le moyen à logique électrique (200) est adapté pour contrôler un séquencement ou une temporisation entre plusieurs codes numériques successifs. 8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait qu'il comprend un élément de sécurité constitué par un interrupteur électrique en série entre une alimentation électrique (102) et un organe actif (100). 9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait qu'il comprend un élément de sécurité constitué par un shunt (410) placé en parallèle de l'organe actif (100). 10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait qu'il comprend un élément de sécurité constitué par une masse thermique (420) susceptible d'être commutée entre une position de repos au contact de l'organe actif (100) et une position de travail éloignée de cet organe actif (100). 11. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait que chacun des éléments de sécurité est contrôlé, à la fois par le moyen à logique électrique (200) et par le moyen à logique mécanique (300). 12. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé par le fait qu'il comprend un interrupteur électrique (400,404, 406) susceptible d'être commuté entre une position de shunt et une position d'alimentation. 13. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé par le fait qu'il comprend au moins un organe de déplacement mécanique usiné dans un substrat semi-conducteur (MEMS). 14. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé par le fait que l'organe actif (100) est formé d'un inflammateur pyrotechnique comprenant un filament électrique (110) au contact d'une masse (120) de matériau thermiquement inflammable.