Brevet FR2957421A1 — publié le 20110916

Domaine de l'invention L'invention se rapporte à un dispositif capteur de vitesse de rotation comportant un dispositif oscillant en forme de diapason ayant des bras oscillants principalement parallèles l'un à l'autre, et une base flexible reliée à chaque extrémité des bras, permettant un coulissement en sens opposé des bras oscillants suivant leurs axes parallèles ainsi qu'un bras indicateur parallèle et de même sens ou de sens opposé par rapport aux bras oscillants pour indiquer le coulissement opposé, et dont la zone d'extrémité est également reliée à la base. L'invention se rapporte également à un procédé pour déterminer une vitesse de rotation à l'aide d'un capteur de vitesse de rotation en forme de diapason Etat de la technique On connaît de manière générale les dispositifs capteurs de vitesse de rotation, par exemple sous la forme de capteurs micromécaniques de vitesse de rotation comportant un axe de détection. De tels capteurs micromécaniques de vitesse de rotation sont utilisés dans différentes applications : dans le domaine des véhicules automobiles ils servent par exemple à la régulation de la dynamique de roulage dans le système ESP (ESP système de stabilisation électronique de trajectoire), pour la navigation et la détection de retournement (système ROSE), dans le domaine domestique par exemple pour la stabilisation de l'image et la détection de mouvements dans les caméras et appareils photographiques. Ils servent également à la navigation. A côté des principes de micromécanique de capteur en surface, avec entraînement capacitif et détection d'oscillations linéaires et d'oscillations de rotation, on connaît également des capteurs de vitesse de rotation (généralement à entraînement piézo-électrique) fonctionnant selon le principe du « diapason ». Ces capteurs de vitesse de rotation servant à mesurer les vitesses de rotation ont un dispositif oscillant en forme de diapason. Sous l'effet du mouvement de rotation, les bras du dispositif oscillant en forme de diapason ne se déplacent pas seulement l'un vers l'autre et en s'écartant l'un de l'autre comme cela est usuel dans le cas d'un diapason mais les bras font en plus des 2 mouvements dans la direction transversale. Ces mouvements sont occasionnés par la force de Coriolis. Le débattement ou la vitesse latérale liée à ce mouvement sont pratiquement proportionnels à la vitesse de rotation et s'obtiennent par une mesure capacitive, piézo- électrique, piézo résistante ou inductive. Ce principe usuel du diapason est limité en ce qu'il ne permet de mesurer que les vitesses de rotation dans le plan du diapason. Il en résulte que les capteurs de vitesse de rotation qui doivent détecter des rotations perpendiculaires à une base (par exemple une plaque de circuit intégré) doivent avoir une hauteur importante ce qui limite fortement le domaine d'application de tels dispositifs capteurs et complique la construction et le câblage, se traduisant par un coût important. Le document US 7.363.815 B2 décrit un dispositif capteur de vitesse de rotation ayant un dispositif oscillant également en forme de diapason avec une base flexible et deux bras parallèles dont l'extrémité est reliée à la base. La base flexible permet aux bras de coulisser en sens opposé le long de leur axe longitudinal respectif au moins dans une plage de fréquence. Le débattement ou la vitesse d'un bras oscillant également relié à la base, parallèle mais de sens opposé et servant à indiquer le coulissement opposé, transversalement à la direction d'oscillation et transversalement à l'axe de rotation est également au moins sensiblement proportionnel à la vitesse de rotation et se détecte par exemple par une mesure capacitive, piézo-électrique, piézo résistante ou inductive. La construction de ce dispositif capteur est très plate par rapport à la direction de l'axe de rotation. Ce dispositif capteur plat est toutefois sensible aux éventuelles accélérations transversales dans le plan de la structure transversale à la direction longitudinale des bras. Il ne permet pas de distinguer une vitesse de rotation dont l'axe de rotation est transversal à la structure plate et une accélération transversale dans la plage de fréquence de l'oscillation. Exposé et avantages de l'invention L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients et a pour objet un dispositif capteur de vitesse de rotation du type défini 35 ci-dessus caractérisé en ce qu' 3 il comporte au moins un autre bras indicateur, parallèle au bras indicateur, mais dirigé en sens opposé. Le dispositif capteur de vitesse de rotation selon l'invention a l'avantage de distinguer entre sa rotation suivant un axe de rotation transversalement par rapport au plan du dispositif oscillant, sans équivoque par rapport à l'accélération transversale dans le plan transversal au tracé des bras oscillants. Le dispositif capteur de vitesse de rotation selon l'invention assure cette distinction grâce à son autre bras indicateur, parallèle au premier bras indicateur mais dirigé en sens opposé. Cet alignement parallèle en sens opposé se rapporte à l'alignement de « l'extrémité fixe » reliée respectivement à la base ou à « l'extrémité libre » des deux bras indicateurs. Alors que les débattements ou les vitesses des bras indicateurs engendrés par le mouvement de rotation que l'on veut détecter, se font dans des directions opposées du fait de la géométrie de la direction d'oscillation (direction de l'axe Y), celle de l'axe de rotation (axe Z) et de la force de Coriolis (direction X), le débattement ou la vitesse des deux bras indicateurs engendrés par une accélération transversale se font dans la même direction, à savoir la direction de cette accélération transversale. Il est notamment prévu que les deux bras indicateurs soient de construction identique. Le dispositif oscillant en forme de diapason avec une base flexible comporte notamment deux bras oscillants parallèles dont une extrémité est reliée chaque fois à la base ; la base flexible permet aux bras de coulisser ou d'osciller en sens opposé suivant leur axe longitudinal respectif, au moins dans une plage de fréquence. Le débattement ou la vitesse de l'un des bras indicateurs également relié à la base et parallèle de même sens et/ou de sens opposé aux bras oscillants pour indiquer le coulissement/l'oscillation en sens opposé, transversalement à la direction d'oscillation et transversalement à l'axe de rotation est également au moins pratiquement proportionnel à la vitesse de rotation et sera saisi comme le débattement ou la vitesse de l'autre bras indicateur, par exemple par une mesure capacitive, piézo- électrique, piézo résistante ou inductive. 4 Selon un développement préférentiel de l'invention, l'autre bras indicateur est également relié par son extrémité à la base d'un dispositif oscillant. Il s'agit également d'un dispositif capteur de vitesse de rotation ayant un dispositif oscillant en forme de diapason avec deux bras indicateurs parallèles et de sens opposé. En particulier les deux bras indicateurs sont coaxiaux mais toutefois parallèles et de sens opposé. Alors que les bras oscillants du dispositif oscillant proprement dit et un des deux bras indicateurs (c'est-à-dire l'un ou l'autre bras indicateur) se trouvent d'un côté de la base, l'autre des deux bras indicateurs se trouve du côté opposé de la base. Selon une variante de réalisation de l'invention, le dispositif capteur de vitesse de rotation comporte un autre dispositif oscillant en forme de diapason et l'autre bras indicateur est relié par son extrémité à la base de cet autre dispositif oscillant. Les deux dispositifs oscillants sont reliés solidairement l'un à l'autre dans le dispositif capteur de vitesse de rotation. En particulier il est prévu que l'un et l'autre dispositif oscillant soient de construction pratiquement identique. Selon un développement préférentiel de l'invention, le dispositif capteur de vitesse de rotation comporte un dispositif pour exciter les oscillations et les modes d'entraînement des deux dispositifs oscillants sont couplés c'est-à-dire qu'ils oscillent avec une relation de fréquence et de phase fixe. Selon un développement préférentiel de l'invention, l'autre dispositif oscillant est installé parallèlement et de même sens ou de sens opposé au premier dispositif oscillant. L'autre bras indicateur est toutefois parallèle mais de sens opposé au premier bras indicateur. De manière préférentielle, l'axe longitudinal d'au moins l'un des bras indicateurs se situe entre les deux axes longitudinaux des bras oscillants du dispositif oscillant associé. Selon un développement préférentiel de l'invention, la base flexible d'un dispositif oscillant est tenue dans un cadre et cette base du dispositif oscillant fait partie du cadre. De manière préférentielle, les bras oscillants du dispositif oscillant se trouvent sur le côté extérieur du cadre et le bras indicateur du dispositif oscillant se trouve à l'intérieur du cadre. Selon un autre développement préférentiel de l'invention, la base flexible de l'autre dispositif oscillant est tenue dans le cadre et 5 cette base de l'autre dispositif oscillant fait partie du cadre. De manière préférentielle les bras oscillants de l'autre dispositif oscillant se trouvent sur le côté extérieur du cadre et le bras indicateur de l'autre dispositif oscillant est à l'intérieur du cadre. Il est avantageux que le dispositif capteur de vitesse de rotation comporte une installation de mesure pour la mesure inductive, piézo-électrique, piézo résistante ou capacitive du débattement ou de la vitesse de l'un et/ou de l'autre bras indicateur. Il est en outre avantageux que le dispositif capteur de vitesse de rotation comporte une unité de détermination pour déterminer la vitesse de rotation à partir des mesures des débattements ou des vitesses. L'invention a également pour objet un procédé de détermination d'une vitesse de rotation à l'aide d'un dispositif capteur de vitesse de rotation comportant un dispositif oscillant en forme de diapason ayant des bras oscillants essentiellement parallèles, une base flexible reliée à chaque extrémité des bras et permettant un coulissement en sens opposé des bras le long de leurs axes parallèles ainsi qu'un bras indicateur parallèle de même sens ou de sens opposé aux bras oscillants pour afficher le coulissement en sens opposé et l'extrémité du bras indicateur est également reliée à la base, ce procédé étant caractérisé en ce que le dispositif capteur de vitesse de rotation comporte au moins un autre bras indicateur parallèle mais de sens opposé au premier bras indicateur et on détermine la vitesse de rotation par addition vectorielle du débattement ou de la vitesse des deux bras indicateurs. En particulier l'autre bras indicateur est également relié par son extrémité à la base d'un dispositif oscillant. En variante, de manière préférentielle, le dispositif de capteur de vitesse de rotation comporte un autre dispositif oscillant en forme de diapason et l'autre bras indicateur est relié par son extrémité à 6 la base flexible de cet autre dispositif oscillant qui comporte également des bras oscillants. En particulier que le dispositif capteur de vitesse de rotation comporte un dispositif pour exciter les oscillations et les modes d'entraînement des deux dispositifs oscillants sont couplés. Dessins La présente invention sera décrite ci-après à l'aide de plusieurs exemples de réalisation d'un dispositif de capteur de vitesse de rotation selon l'invention représentés dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 montre un dispositif capteur de vitesse de rotation comportant deux dispositifs oscillants en forme de diapason selon un premier mode de réalisation préférentiel de l'invention, - la figure 2 montre un second mode de réalisation préférentiel d'un dispositif capteur de vitesse de rotation à deux dispositifs oscillants en forme de diapason selon l'invention, - la figure 3 montre un troisième mode de réalisation préférentiel d'un dispositif capteur de vitesse de rotation à deux dispositifs oscillants en forme de diapason selon l'invention. Description de modes de réalisation de l'invention La figure 1 montre un dispositif capteur de vitesse de rotation 10 comportant un dispositif oscillant 12 en forme de diapason ainsi qu'un autre dispositif oscillant 14 également en forme de diapason, de structure identique mais tourné toutefois de 180° (montage anti-parallèle, c'est-à-dire parallèle mais de sens opposé). Chacun des dispositifs oscillants 12, 14 comporte deux bras 16, 18 ; 20, 22 susceptibles d'osciller ; ces bras sont parallèles et chaque bras 16,18 ; 20, 22 est relié par son extrémité 24 à une base souple 26, 28. Chaque base souple 26, 28 permet le coulissement ou l'oscillation opposée des bras oscillants 16, 18 ; 20, 22 suivant leurs axes 30, 32 ; 34, 36 parallèles. Chacun des dispositifs oscillants 12, 14 comporte en outre un bras indicateur 38, 40 parallèle mais de sens opposé au bras oscillant respectif 16, 18 ; 20, 22 pour indiquer le décalage ou l'oscillation en sens opposé (flèches A, B) des bras oscillants correspondants 16, 18 ; 20, 22. L'extrémité 42 respective des bras indicateurs 38, 40 est également reliée à la base correspondante 26, 28. 7 Les deux bases souples 26, 28 sont reliées l'une à l'autre par un montage en forme de cadre 44. Le montage en forme de cadre 44 se compose de deux cadres 46, 48 ; le cadre 46 est relié au dispositif oscillant 12 et le cadre 5 48 est relié à l'autre dispositif oscillant 14. Le dispositif capteur de vitesse de rotation 10 comporte en outre une installation de mesure non représentée aux figures pour mesurer par effet inductif, piézo-électrique, piézo-résistant ou capacitif, le débattement ou la vitesse du bras indicateur 38 et/ou de l'autre bras 10 indicateur 40 ; il comporte également une unité de détermination non représentée pour déterminer la vitesse de rotation à partir des mesures des débattements ou des vitesses et de l'oscillation des bras 16, 18 ; 20, 22. La base souple 26 du dispositif oscillant 12 est tenue par 15 son cadre associé 46, la base 26 du dispositif oscillant 12 faisant partie du cadre 46. Les bras oscillants 16, 18 du dispositif oscillant 12 sont à l'extérieur du cadre 46 et le bras oscillant 38 est à l'intérieur de ce cadre 46. La base souple 28 de l'autre dispositif oscillant 14 est 20 tenue par son cadre 48 faisant partie du cadre 46. Les bras oscillants 20, 22 de cet autre dispositif oscillant 14 sont extérieurs au cadre 48 et le bras indicateur 40 de cet autre dispositif oscillant 14 est à l'intérieur du cadre 48. Le dispositif capteur de vitesse de rotation fonctionne 25 comme suit : La base souple 26, 28 de chacun des dispositifs oscillants 12, 14 permet aux bras oscillants respectifs 16, 18 ; 20, 22 de chaque dispositif oscillant 12, 14 de coulisser en sens opposé dans au moins une plage de fréquence le long de leur axe longitudinal respectif 30, 32 30 (mouvement parallèle/mouvement parallèle en sens opposé suivant l'axe Y indiqué à la figure 1). Le débattement ou la vitesse du bras indicateur 38 (flèche C) ou de l'autre bras indicateur 40 (flèche C') associés par l'intermédiaire de la base souple 26, 28 respective aux bras oscillants correspondants 16, 18 ; 20, 22 en étant parallèles mais 35 orientés en sens opposé par rapport aux bras associés 16, 18 ; 20 , 22 8 permet l'affichage du coulissement en sens opposé, transversalement à la direction d'oscillation (axe Y à la figure 1) et transversalement à l'axe de rotation (axe Z de la figure 1) qui est également au moins sensiblement proportionnel à la vitesse de rotation ; ce mouvement est respectivement détecté par une mesure capacitive, piézo-électrique, piézo résistante ou inductive faite par l'installation de mesure. Comme les deux bras indicateurs 38, 40 sont parallèles mais de sens opposé l'un par rapport à l'autre et que les deux dispositifs oscillants 12, 14 sont de construction identique, on peut obtenir la vitesse de rotation par l'addition vectorielle des débattements ou des vitesses des bras indicateurs 38 et 40 c'est-à-dire en formant la différence des débattements ou des vitesses de sens opposé. Le débattement ou la vitesse des bras indicateurs 38, 40 sous l'effet des accélérations transversales se fait pour les deux bras indicateurs 38, 40 dans la même direction et n'intervient pas de ce fait dans l'addition vectorielle. La structure d'un tel dispositif capteur 10 est particulièrement plate pour l'alignement par rapport à l'axe de rotation (axe Z à la figure). En variante ou en plus on peut également utiliser l'un et/ou l'autre dispositif oscillant 12, 14 également comme dispositif oscillant en forme de diapason usuel pour détecter un axe de rotation (l'axe Y de la figure 1) dirigé principalement dans la direction des axes 30, 32 ; 34, 36 des bras oscillants 16, 18 ; 20, 22. Pour cela on excite en oscillation les bras oscillants 16, 18 ; 20, 22 et on saisit une composante d'oscillation opposée des bras 16, 18 ; 20, 22 dans le plan des oscillations. La saisie se fait alors de préférence par une mesure capacitive, piézo-électrique, piézo résistante ou inductive. Les dispositifs capteur de vitesse de rotation des figures 2 et 3 correspondent pour l'essentiel au dispositif capteur de vitesse de rotation de la figure 1 de sorte que seules les différences seront examinées ci-après. Alors que le dispositif capteur de vitesse de rotation 10 de la figure 1 comporte deux dispositifs oscillants 12, 14 en forme de diapason, installés « l'un derrière l'autre » par rapport aux axes longitudinaux 30, 32 ; 34, 36 des bras oscillants 16, 18 ; 20, 22, les dispositifs oscillants 12, 14 en forme de diapason du dispositif capteur de vitesse de rotation 10 de la figure 2 sont installés l'un à côté de l'autre dans un même plan et sont ainsi orientés de façon parallèle mais de sens opposé. La liaison entre les dispositifs oscillants 12, 14 en forme de diapason se fait par l'intermédiaire d'un élément de liaison 50 dont la fonction est celle du dispositif de cadre 44 comprenant les cadres 46, 48 de la figure 1. Le dispositif capteur de vitesse de rotation 10 de la figure 3 comporte deux dispositifs oscillants 12, 14 en forme de diapason placés l'un sur l'autre (c'est-à-dire empilés) ; ces dispositifs oscillants 12, 14 sont ainsi placés dans deux plans parallèles. La liaison des dispositifs oscillants 12, 14 en forme de diapason se fait par des éléments de liaison 52, 54 dont la fonction correspond à celle du dispositif de cadre 44 comprenant les cadres 46, 48 de la figure 1 ou à la fonction de l'élément de liaison 50 de la figure 2. De manière préférentielle, les dispositifs oscillants 12, 14 en forme de diapason sont superposés dans la direction de visée perpendiculaire aux plans. Il est important que les modes d'entraînement des deux dispositifs oscillants 12,14 soient couplés c'est-à-dire que les deux modes d'entraînement oscillent l'un par rapport à l'autre avec une relation fixe de fréquence et de phase.25 10 12/14 16/18 20/22 24 10 26/28 30/32 34/36 38/40 42 15 44 46/48 50/52/54 10 NOMENCLATURE NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX dispositif capteur de vitesse de rotation dispositif oscillant en forme de diapason bras oscillant bras oscillant extrémité des bras 16,18 ; 20, 22 base flexible axe des bras 16, 18 ; 20, 22 axe des bras 16, 18 ; 20, 22 bras indicateur extrémité des bras indicateurs 38, 40 dispositif de cadre cadre élément de liaison 20 REVENDICATIONS1°) Dispositif capteur de vitesse de rotation comportant un dispositif oscillant (12) en forme de diapason ayant des bras oscillants (16, 18) principalement parallèles l'un à l'autre, mais une base flexible (26) reliée à chaque extrémité (24) des bras (16, 18), permettant un coulissement en sens opposé des bras oscillants (16, 18) suivant leurs axes parallèles (30, 32) ainsi qu'un bras indicateur (38) parallèle de même sens ou de sens opposé par rapport aux bras oscillants (16, 18) pour indiquer le coulissement opposé, et dont la zone d'extrémité (42) io est également reliée à la base (26), dispositif capteur de vitesse de rotation caractérisé par au moins un autre bras indicateur (40) parallèle au bras indicateur (38) mais dirigé en sens opposé. 15 2°) Dispositif capteur de vitesse de rotation selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'autre bras indicateur (40) est également relié par son extrémité (42) à la base (26) du dispositif oscillant (12). 20 3°) Dispositif capteur de vitesse de rotation selon la revendication 1, caractérisé par un autre dispositif oscillant (14) en forme de diapason et l'autre bras (40) est relié par son extrémité (42) à une base flexible (28) de cet autre 25 dispositif oscillant (14) ayant également des bras oscillants (20, 22). 4°) Dispositif capteur de vitesse de rotation selon la revendication 3, caractérisé par un dispositif pour exciter les dispositifs oscillants (12, 14), les modes 30 d'entraînement des deux dispositifs oscillants (12, 14) étant couplés. 5°) Dispositif capteur de vitesse de rotation selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'autre dispositif oscillant (14) est parallèle de même sens ou de sens 35 opposé au dispositif oscillant (12).12 6°) Dispositif capteur de vitesse de rotation selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'axe longitudinal d'au moins l'un des bras indicateurs (38, 40) se situe entre les axes longitudinaux (30, 32 ; 34, 36) des bras oscillants (16, 5 18 ; 20, 22) du dispositif oscillant (12, 14) correspondant. 7°) Dispositif capteur de vitesse de rotation selon la revendication 1, caractérisé en ce que la base flexible (26) de l'un des dispositifs oscillants (12) est tenue dans 10 un cadre et la base (26) de ce dispositif oscillant (12) fait partie de ce cadre. 8°) Dispositif capteur de vitesse de rotation selon la revendication 1, caractérisé en ce que 15 la base flexible (28) de l'autre dispositif oscillant (14) est tenue dans un cadre et cette base (28) fait partie de ce cadre. 9°) Dispositif capteur de vitesse de rotation selon la revendication 1, caractérisé par 20 une installation de mesure pour la mesure inductive, piézo-électrique, piézo résistante ou capacitive du débattement ou de la vitesse du bras indicateur (38) et/ou de l'autre bras indicateur (40). 10°) Dispositif capteur de vitesse de rotation selon la revendication 1, 25 caractérisé par une unité de détermination pour déterminer la vitesse de rotation à partir de la mesure des débattements ou des vitesses. 11 °) Procédé de détermination d'une vitesse de rotation à l'aide d'un 30 dispositif capteur de vitesse de rotation comportant un dispositif oscillant en forme de diapason ayant des bras oscillants essentiellement parallèles, une base flexible reliée à chaque extrémité des bras et permettant un coulissement en sens opposé des bras le long de leurs axes parallèles ainsi qu'un bras indicateur parallèle de même sens ou 35 de sens opposé aux bras oscillants pour afficher le coulissement en 13 sens opposé et l'extrémité du bras indicateur est également reliée à la base. procédé caractérisé en ce que le dispositif capteur de vitesse de rotation comporte au moins un autre bras indicateur parallèle mais de sens opposé au premier bras indicateur et on détermine la vitesse de rotation par l'addition vectorielle du débattement ou de la vitesse des deux bras indicateurs.10