Brevet FR3036474A1 — publié le 20161125

Centrale inertielle comprenant un boîtier externe et un ensemble capteur inertiel suspendu L'invention porte sur une centrale inertielle comprenant un boîtier externe, un ensemble capteur inertiel suspendu muni de capteurs de mouvements liés rigidement entre eux, et un ensemble de suspension. Les coeurs inertiels de haute performance sont d'ordinaire 10 suspendus à relativement basse fréquence, ce qui permet : d'une part, de garantir que ses mouvements se situent dans une plage de fréquences autorisant une compensation par des algorithmes appropriés (compensation des mouvements coniques et des biais de godille en particulier - "coning" en langue anglaise pour mouvements 15 coniques et "sculling" en langue anglaise pour biais de godille) sans nécessiter de puissance de calcul inconsidérée, et d'autre part, d'atténuer les environnements mécaniques appliqués à la centrale inertielle et survenant aux hautes fréquences, ce qui préserve les capteurs, dans une certaine mesure. 20 Pour des centrales inertielles classiques intégrant un coeur inertiel suspendu dont la masse est de l'ordre du kilogramme ou de quelques kilogrammes, les fréquences des premiers modes propres linéaires et angulaires sont données par les raideurs linéaires et angulaires dépendant 25 des plots de suspension généralement utilisés, selon les formules suivantes : 1 kL 1 f FL - - FA = - - 2Tr m 27r I dans lesquelles : 30 kt_ et kA représentent des raideurs linéaires et angulaires m et I représentent les masse et inerties de l'ensemble suspendu. On obtient ainsi les six premiers modes propres (basse fréquence) de suspension du coeur inertiel suspendu ou ensemble capteur inertiel 3036474 2 suspendu. Bien évidemment, il convient de maîtriser ces modes, non seulement en fréquence, mais également en termes d'amortissement. Les dispositifs classiquement utilisés pour réaliser la fonction 5 suspension sont des plots en élastomère, tel des mélanges à base de silicone (Polysiloxane, Vinyle, Méthyle, ...), dont les caractéristiques mécaniques et géométriques sont étudiées soigneusement pour répondre parfaitement au besoin. Ces dispositifs constituent ce que l'on appelle par la suite la suspension proprement dite. La gestion des différents signaux qui transitent entre l'ensemble capteur inertiel suspendu et le reste du produit (différentes cartes électroniques), se fait d'ordinaire à l'aide de fils souples regroupés ensemble (et parfois intégrés dans un circuit imprimé souple, souvent appelé "flex"), dont les raideurs restent suffisamment faibles pour rester négligeables devant les raideurs en jeu dans les modes de suspension. Il est ainsi possible de considérer que ces raideurs ne viennent pas déséquilibrer le coeur inertiel suspendu (par exemple en générant un couple dissymétrique perturbateur). Si l'on souhaite réaliser des centrales inertielles à ensemble capteur inertiel suspendu, dont les caractéristiques de masse et d'inertie sont significativement plus faibles que celles des produits dont il est question ci-dessus (Centrales inertielles à base de MEMS très intégrés par exemple), il devient très difficile de procéder de même. En effet, la conservation des fréquences des modes propres de suspension impose, selon les deux formules précédemment citées, une diminution dans les mêmes proportions des raideurs des dispositifs utilisés pour la suspension. Cette diminution substantielle des raideurs à atteindre soulève un nouveau problème : les raideurs des fils ou flex utilisés ne sont plus négligeables. Suspendre un coeur inertiel de petite taille s'avère ainsi poser des problèmes de réalisation non résolus par l'état de l'art. 3036474 3 Un but de l'invention est de pallier les problèmes précédemment cités. Plus particulièrement, un but de l'invention est de proposer une 5 centrale inertielle permettant de garantir un équilibrage correct du coeur inertiel suspendu de petite taille (faibles masse et inerties). Il est proposé, selon un aspect de l'invention, une centrale inertielle comprenant un boîtier externe, un ensemble capteur inertiel suspendu muni de capteurs de mouvements liés rigidement entre eux, et un 10 ensemble de suspension, caractérisé en ce qu'elle comprend : - le dispositif de suspension proprement dit (raideurs et amortissements) 15 un dispositif sans contact électrique d'alimentation de l'ensemble capteur inertiel suspendu, comprenant une partie émettrice disposée sur le boîtier et une partie réceptrice disposée sur l'ensemble capteur inertiel suspendu utilisant une première fréquence entre le boîtier et l'ensemble capteur inertiel suspendu; 20 un premier ensemble émetteur/récepteur sans contact électrique entre l'émetteur et le récepteur, adapté pour réaliser une liaison de communication montante entre l'ensemble capteur inertiel suspendu et le boîtier, utilisant une deuxième fréquence, pour transmettre les 25 mesures de l'ensemble capteur inertiel suspendu; lesdites première et deuxième fréquences étant choisies de sorte qu'elles ne puissent pas interférer entre-elles, ou, en d'autres termes engendrer d'interférences. 30 Une telle centrale inertielle permet de garantir un équilibrage correct du coeur inertiel suspendu de petite taille, i.e. de faibles masse et inerties. En effet l'utilisation d'éléments sans contact électrique permet d'éviter les problèmes de raideurs de fils ou flex des centrales inertielles de 3036474 4 l'état de l'art. Les raideurs en jeu sont alors uniquement celles de la suspension proprement dite. Dans un mode de réalisation, la centrale inertielle comprend, en 5 outre, un deuxième ensemble émetteur/récepteur sans contact électrique entre l'émetteur et le récepteur, adapté pour réaliser une liaison de communication descendante entre le boîtier et l'ensemble capteur inertiel suspendu, utilisant par exemple une troisième fréquence; ladite troisième fréquence étant choisie de sorte qu'elles ne puisse pas 10 interférer avec lesdites première et deuxième fréquences. Ainsi, il est possible d'ajouter une liaison descendante de commande du coeur inertiel suspendu sans problème de raideur comme dans le cas de fils ou flex de l'état de l'art. 15 Chacune des trois fréquences peut par exemple être choisie dans l'une des gammes ci-après : Par exemple, ladite première gamme de fréquences est comprise 20 dans l'intervalle de valeurs [0 MHz; 10 MHz]. Cette gamme permet de transférer de l'énergie dans le domaine de fréquence le plus efficace, qui peut aller du continu (éclairement) à des fréquences plus élevées si on transmet l'énergie par induction. Par exemple, ladite deuxième gamme de fréquences est comprise dans l'intervalle de valeurs [10 MHz; 100 GHz]. Cette gamme inclut toutes les fréquences radioélectriques. Par exemple, ladite troisième gamme de fréquences est comprise dans l'intervalle de valeurs [300 GHz; 1016 Hz]. Cette gamme inclut les transmissions optiques, de l'infrarouge 35 lointain aux ultraviolets. 25 30 3036474 5 L'invention sera mieux comprise à l'étude de quelques modes de réalisation décrits à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés sur lesquels les figures 1 et 2 représentent 5 schématiquement des centrales inertielles selon deux aspects de l'invention. Sur les différentes figures, les éléments ayant des références identiques sont identiques. La figure 1 représente schématiquement une centrale inertielle 1 comprenant un boîtier externe 2 et un ensemble capteur inertiel suspendu 3 muni de capteurs de mouvements liés rigidement entre eux. La centrale inertielle 1 comprend également un ensemble de 15 suspension 4, par exemple des plots de suspension, représenté par des symboles classiques de raideur et d'amortissement. La centrale inertielle 1 comprend également un dispositif sans contact électrique 5 d'alimentation de l'ensemble capteur inertiel suspendu, 20 comprenant une partie émettrice E5 disposée sur le boîtier 2 et une partie réceptrice R5 disposée sur l'ensemble capteur inertiel suspendu 3 utilisant une première fréquence entre le boîtier 2 et l'ensemble capteur inertiel suspendu 3. 25 Le dispositif sans contact électrique 5 d'alimentation de l'ensemble capteur inertiel suspendu 3 permet de délivrer au coeur inertiel suspendu 3 l'énergie suffisante pour fonctionner. Ce dispositif 5 peut être réalisé de diverses façons par exemple en utilisant : 30 des diodes électroluminescentes ou LEDs, comme acronyme de "Light-Emitting Diode" en langue anglaise, à haute luminosité pour un éclairement de cellules photovoltaïques en vis-à-vis. Les grandeurs électriques de sortie de ces cellules de petites tailles (carrées de quelques mm de côté) sont ensuite utilisées par des convertisseurs 3036474 6 d'énergie à haut rendement pour délivrer les niveaux d'énergie requis pour le coeur inertiel suspendu 3 ; ou des solénoïdes en vis-à-vis, le transfert d'énergie se faisant par 5 induction. Un étage de redressement, de régulation ou tout autre dispositif permettant la génération des niveaux d'énergie requis est nécessaire pour le coeur inertiel suspendu 3; ou tout autre dispositif, dont une partie est embarquée sur le coeur inertiel 10 suspendu 3 et l'autre est fixe par rapport au produit. La centrale inertielle 1 comprend aussi un premier ensemble émetteur/récepteur 6 sans contact électrique entre l'émetteur E6 et le 15 récepteur R6, adapté pour réaliser une liaison de communication montante entre l'ensemble capteur inertiel suspendu 3 et le boîtier 2, utilisant une deuxième fréquence, pour transmettre les mesures l'ensemble capteur inertiel suspendu 3. 20 Les première et deuxième fréquences sont choisies de sorte qu'elles ne puissent pas interférer entre-elles, i.e. engendrer d'interférences. La première fréquence est par exemple comprise dans l'intervalle de valeurs [0; 10 MHz] et la deuxième fréquence est par exemple comprise 25 dans l'intervalle de valeurs [10 MHz; 100 GHz]. La centrale inertielle 1, peut comprendre, en outre, un deuxième ensemble émetteur/récepteur 7 sans contact électrique entre l'émetteur E7 et le récepteur R7, adapté pour réaliser une liaison de communication 30 descendante entre le boîtier 2 et l'ensemble capteur inertiel suspendu 3, utilisant une troisième fréquence. La liaison descendante est constituée d'un dispositif non filaire 7 permettant de transmettre à un débit suffisant des informations vers le coeur 35 inertiel suspendu 3. Parmi les dispositifs envisageables, on peut citer les liaisons optiques (troisième gamme de fréquences), par infra rouges IR par 3036474 7 exemple, mais toute la bande de l'IR lointain aux UV est envisageable, ou bien des liaisons radiofréquences RF (deuxième gamme de fréquences). La liaison descendante permet un contrôle direct du coeur 5 suspendu, lorsque nécessaire. Des liaisons optiques ou RF peuvent être envisagées pour chacun des dispositifs sans contact électrique. 10 La troisième fréquence est choisie de sorte qu'elle ne puisse pas interférer avec lesdites première et deuxième fréquences. La troisième fréquence est par exemple comprise dans l'intervalle de valeurs [300 GHz; 1016 Hz]. 15 Les trois dispositifs sans contact électrique 5, 6, 7 utilisés sont disposés de telle façon que le débattement sous environnement mécanique du coeur inertiel suspendu (vibrations, chocs) reste possible. REVENDICATIONS1. Centrale inertielle (1) comprenant un boîtier externe (2), un ensemble capteur inertiel suspendu (3) muni de capteurs de mouvements (3a) liés rigidement entre eux, et un ensemble de suspension (4), caractérisé en ce qu'elle comprend, en outre : un dispositif sans contact électrique (5) d'alimentation de l'ensemble capteur inertiel suspendu, comprenant une partie émettrice (E5) disposée sur le boîtier (2) et une partie réceptrice (R5) disposée sur l'ensemble capteur inertiel suspendu (3) utilisant une première fréquence entre le boîtier (2) et l'ensemble capteur inertiel suspendu (3); un premier ensemble émetteur/récepteur sans contact électrique (6) entre l'émetteur (E6) et le récepteur (R6), adapté pour réaliser une liaison de communication montante entre l'ensemble capteur inertiel suspendu (3) et le boîtier (2), utilisant une deuxième fréquence, pour transmettre les mesures l'ensemble capteur inertiel suspendu (6); lesdites première et deuxième fréquences étant choisies de sorte qu'elles ne puissent pas interférer entre-elles. 2. Centrale inertielle selon la revendication 1, comprenant, en outre un deuxième ensemble émetteur/récepteur sans contact électrique (7) entre l'émetteur (E7) et le récepteur (R7), adapté pour réaliser une liaison de communication descendante entre le boîtier (2) et l'ensemble capteur inertiel suspendu (3), utilisant une troisième fréquence; ladite troisième fréquence étant choisie de sorte qu'elle ne puisse pas interférer avec lesdites première et deuxième fréquence. 3036474 9 3. Centrale inertielle selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ladite première gamme de fréquences est comprise dans l'intervalle de valeurs [0; 10 MHz]. 5 4. Centrale inertielle selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel ladite deuxième gamme de fréquences est comprise dans l'intervalle de valeurs [10 MHz; 100 MHz]. 5. Centrale inertielle selon l'une des revendications 1 à 4, 10 dans lequel ladite troisième gamme de fréquences est comprise dans l'intervalle de valeurs [300 GHz; 1016 Hz]. 15 20