Brevet FR3039641A1 — publié le 20170203

La présente invention concerne la mesure inertielle au moyen de capteurs de mouvement embarqués sur un véhicule, par exemple un aéronef, dans le but de déterminer l'attitude et/ou le vecteur vitesse du véhicule. ETAT DE LA TECHNIQUE Il est connu des dispositifs de mesure inertielle comprenant un bâti, une platine montée dans le bâti par l'intermédiaire d'un premier étage de suspension, une unité de mesure inertielle monté sur la platine par l'intermédiaire d'un deuxième étage de suspension. Le deuxième étage a une fréquence de résonance inférieure à une bande passante de l'unité de mesure inertielle et supérieure à une fréquence de résonance du premier étage. Le premier étage et le deuxième étage comprennent chacun quatre éléments de suspension. Le bâti est agencé pour être fixé dans le véhicule. Une telle structure est relativement encombrante, ce qui complique l'implantation du dispositif dans le vé- hicule. Cet inconvénient est particulièrement gênant dans certaines applications qui nécessitent une redondance d'équipements et, donc, de pouvoir installer dans le véhicule plusieurs dispositifs de mesure inertielle. OBJET DE L'INVENTION Un but de l'invention est de fournir un disposi- tif de mesure inertielle présentant une structure plus compacte et moins onéreuse à fabriquer. BREF EXPOSE DE L'INVENTION A cet effet, on prévoit, selon l'invention, un dispositif de mesure inertielle comprenant un bâti, une platine reliée au bâti par l'intermédiaire d'un premier étage de suspension, une unité de mesure inertielle qui comprend des capteurs vibrants et qui est montée sur la platine par l'intermédiaire d'un deuxième étage de suspension. Le premier étage a une fréquence de résonance inférieure à une bande passante de l'unité de mesure 3039641 2 inertielle et le deuxième étage a une fréquence de résonance supérieure à la fréquence de résonance du premier étage. Le premier étage comprend quatre éléments élastiques de suspension et a un centre de raideur correspon- 5 sensiblement au centre de gravité de l'ensemble for- mé par la platine, le deuxième étage et l'unité de mesure inertielle. Le deuxième étage comprend entre un et trois éléments élastiques de suspension. Le premier étage assure le filtrage des chocs et 10 vibrations par rapport à l'environnement. Le premier étage absorbe les gros chocs et les vibrations de relativement basses fréquences grâce à une capacité de débattement plus importante que celle du deuxième étage (la capacité de débattement étant proportionnelle à l'inverse 15 du carré de la fréquence de résonance). Le deuxième étage filtre les vibrations de relativement hautes fréquences et empêche que la platine ne transmette des vibrations d'un des capteurs de l'unité de mesure inertielle à un autre des capteurs de l'unité de mesure inertielle : on 20 évite ainsi que les capteurs de l'unité de mesure iner- tielle ne se perturbent mutuellement. Par le choix des fréquences de résonance, les deux étages de suspensions ont des modes propres qui sont isolés l'un de l'autre. Cette structure est très avantageuse par le faible encom- 25 brement du deuxième étage de suspension qui permet d'avoir une bonne compacité du dispositif tout en conservant un filtrage des vibrations à relativement hautes fréquences. De préférence, le deuxième étage comprend trois 30 éléments élastiques de suspension. Cet agencement du deuxième étage est celui autorisant les meilleures performances. Avantageusement, le deuxième étage a un centre de raideur correspondant sensiblement au centre de gravité 35 de l'unité de mesure inertielle. 3039641 Ceci autorise la meilleure précision. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation particuliers non limitatifs de l'invention. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels : - la figure 1 est une vue schématique en perspec- 10 tive d'un dispositif selon un premier mode de réalisation ; - la figure 2 est une vue schématique en perspective d'un dispositif selon un deuxième mode de réalisation. 15 DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION En référence à la figure 1, le dispositif selon le premier mode de réalisation de l'invention comprend un bâti généralement désigné en 1 (représenté transparent sur la figure), une platine généralement désignée en 2 et 20 reliée au bâti 1 par l'intermédiaire d'un premier étage de suspension généralement désigné en 10, une unité de mesure inertielle 3 reliée à la platine 2 par l'intermédiaire d'un deuxième étage de suspension généralement désigné en 20. 25 Le bâti 1 a ici la forme d'un boîtier, de section rectangulaire ou carrée, délimité par quatre côtés 1.1, 1.2, 1.3, 1.4 et un fond 1.5 destiné à être rigidement fixé sur un porteur tel qu'un véhicule. Le boîtier est ouvert sur le haut en regard du fond et le bâti 1 com- 30 porte un couvercle non représenté qui vient fermer le boîtier. La platine 2 a ici la forme d'un berceau parallé- lépipédique, de section correspondant à celle du boîtier formant le bâti 1 pour être engagé avec un jeu périphé- 35 rique dans le boîtier formant le bâti 1. La platine 2 3039641 4 comprend ailes latérales 2.1, 2.2 opposées, en regard des côtés 1.1, 1.2, et une âme centrale 2.5 qui s'étend en regard du fond 1.5 et relie l'un à l'autre les bords inférieurs des ailes 2.1, 2.2. 5 L'unité de mesure inertielle 3 est connue en elle-même et comprend des capteurs de mouvement angulaire, de type gyroscope ou gyromètre, et des capteurs de mouvement linéaire de type accéléromètre. Les capteurs sont alignés sur les axes d'un repère de mesure et sont 10 reliés à une unité électronique de commande non représen- tée ici. Les capteurs sont des capteurs vibrants ayant des premiers modes propres de vibration prédéterminés. Les capteurs sont ici des microsystèmes électromécaniques ou MEMS. 15 Le premier étage de suspension 10 comprend quatre éléments élastiques de suspension, ici des plots 11, 12, 13, 14 en élastomère et de forme cylindrique. Les plots 11 et 12 ont chacun une extrémité fixée au côté 1.1 du boîtier et une extrémité fixée à l'aile 2.1 de la platine 20 2 : les plots 11, 12 sont alignés sur une diagonale du côté 1.1. Les plots 13 et 14 ont chacun une extrémité fixée au côté 1.2 du boîtier et une extrémité fixée à l'aile 2.2 de la platine 2. Les plots 13, 14 sont alignés sur une diagonale du côté 1.2. Le positionnement des 25 plots 11, 12, 13, 14 est tel que : les plots 11, 12 sont symétriquement disposés de part et d'autre du milieu de la diagonale, les plots 13, 14 sont symétriquement disposés de part et d'autre du milieu de la diagonale et 30 sont séparés de celui-ci d'une distance égale à la distance séparant les plots 11, 12 du milieu de la diagonale sur laquelle les plots 11, 12 sont alignés, la diagonale sur laquelle sont alignés les 35 plots 11, 12 n'est pas parallèle à celle sur 3039641 5 laquelle sont alignés les plots 13, 14 ; les axes centraux des plots sont parallèles les uns aux autres et perpendiculaires aux ailes 2.1, 2.2 et aux côtés 1.1, 1.2. 5 Le deuxième étage 20 comprend trois éléments élastiques de suspension, ici des plots 21, 22, 23 en élastomère et de forme cylindrique. Les plots 21, 22 et 23 ont chacun une extrémité fixée à l'âme centrale 2.5 et une extrémité fixée à l'unité de mesure inertielle 3 qui 10 est disposée entre les ailes 2.1, 2.2 et est suspendue au-dessus de l'âme centrale 2.5. Les plots 21, 22, 23 sont positionnés aux sommets d'un triangle parallèle à l'âme centrale 2.5. Les axes centraux des plots 21, 22, 23 sont perpendiculaires à l'âme centrale 2.5. 15 Le premier étage 10 a une fréquence de résonance inférieure à une bande passante de l'unité de mesure inertielle 3. Le deuxième étage 20 a une fréquence de résonance supérieure à une fréquence de résonance du premier étage 20 10 et inférieure aux premiers modes propres des capteurs vibrants. A titre d'exemple, les capteurs vibrants ayant des premiers modes propres au-delà de 4000 Hz et une bande passante de l'ordre de 500 Hz, le premier étage aura une fréquence de résonance de 100 Hz, le deuxième 25 étage a une fréquence de résonance de 800 Hz. Le premier étage 10 a un centre de raideur correspondant sensiblement au centre de gravité de l'ensemble formé par la platine 2, le deuxième étage 20 et l'unité de mesure inertielle 3. 30 Le deuxième étage 20 a un centre de raideur cor- respondant sensiblement au centre de gravité de l'unité de mesure inertielle 3. Les éléments identiques ou analogues à ceux pré- cédemment décrits porteront une référence numérique iden- 35 tique à ceux-ci dans la description qui suit du deuxième 3039641 6 mode de réalisation en relation avec la figure 2. Comme dans le premier mode de réalisation, le dispositif conforme au deuxième mode de réalisation comprend un bâti 1, une platine 2, un premier étage de sus- 5 pension à quatre plots 11, 12, 13, 14, et une unité de mesure inertielle 3. Le dispositif comporte également un deuxième étage de suspension mais celui-ci ne comporte plus que deux éléments de suspension, à savoir les plots 21' et 10 22'. Ces plots 21' et 22' sont en élastomère et de forme cylindrique, et sont coaxiaux l'un à l'autre. Les plots 21' et 22' ont des axes centraux parallèles aux axes centraux des plots 11, 12, 13, 14. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux 15 modes de réalisation décrits mais englobe toute variante entrant dans le champ de l'invention telle que définie par les revendications. En particulier, le deuxième étage de suspension peut comprendre moins de trois éléments élastiques de 20 suspension et par exemple deux éléments élastiques de suspension, voire un seul pour une unité de mesure inertielle de faible encombrement. Le positionnement des éléments de suspension peut en outre être différent. 25 Le bâti et la platine peuvent avoir d'autres formes. Le bâti peut par exemple avoir la forme d'un berceau. La platine peu par exemple avoir la forme d'un boîtier. L'unité de mesure inertielle peut être d'un autre 30 type que celle décrite et par exemple ne pas comprendre de capteur de type MEMS ou comprendre des capteurs à plusieurs axes sensibles... REVENDICATIONS1. Dispositif de mesure inertielle comprenant un bâti, une platine reliée au bâti par l'intermédiaire d'un premier étage de suspension, une unité de mesure iner- tielle qui comprend des capteurs vibrants ayant des premiers modes propres de vibration prédéterminés et qui est montée sur la platine par l'intermédiaire d'un deuxième étage de suspension ; le premier étage ayant une fré- quence de résonance inférieure à une bande passante de l'unité de mesure inertielle et le deuxième étage ayant une fréquence de résonance supérieure à une fréquence de résonance du premier étage et inférieure aux premiers modes propres des capteurs vibrants, le premier étage comprenant quatre éléments élastiques de suspension et ayant un centre de raideur correspondant sensiblement au centre de gravité de l'ensemble formé par la platine, le deuxième étage et l'unité de mesure inertielle ; le deuxième étage comprenant entre un et trois éléments élas- tiques de suspension. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le deuxième étage comprend trois éléments élastiques de suspension. 3. Dispositif selon la revendication 1, dans le- quel le deuxième étage a un centre de raideur correspon- dant sensiblement au centre de gravité de l'unité de mesure inertielle. 4. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel l'unité de mesure inertielle comprend des capteurs de type MENS.