CH633888A5

CH633888A5 - Dispositif de support pour transducteur.

Info

Publication number: CH633888A5
Application number: CH446879A
Authority: CH
Inventors: Richard A Hanson
Original assignee: Sundstrand Data Control
Priority date: 1978-05-15
Filing date: 1979-05-14
Publication date: 1982-12-31
Also published as: NO791497L; JPS54150156A; FR2426266A1; JPS6034068B2; NO152885C; IT7949025A0; IL57274A; AU4669079A; GB2020810B; FR2426266B1; SE7904241L; DE2919336C2; CA1122431A; IL57274A0; NO152885B; GB2020810A; SE437430B; AU524751B2; IT1162473B; DE2919336A1

Description

La présente invention se rapporte au domaine des transducteurs tels que des accéléromètres et appareils semblables, et elle a trait plus particulièrement à l'agencement d'un dispositif de support un élément par rapport à un moyen de détection de îoposition à l'intérieur du dispositif de support.

Dans l'art antérieur, on connaît un exemple d'un support dans un appareil sismique à accéléromètre du type revendiqué dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique No. 3 702 073, l'ensemble transducteur, à savoir, dans ce cas, un ensemble sismi-15 que, étant supporté par une articulation flexible reliée à un élément porteur annulaire extérieur qui est maintenu entre le stator supérieur et le stator inférieur de l'accéléromètre. L'élément sismique comprend, dans cet exemple particulier, une bobine de rappel et une plaque capacitive incurvée de captage et il est relié 20à l'aide d'une ou plusieurs articulations flexibles à l'élément porteur annulaire extérieur. Dans cet instrument, l'ensemble sismique comportant l'anneau porteur et les articulations flexibles est agencé sous la forme d'une pièce monobloc en quartz fondu.

25 Un des objectifs à satisfaire lors de la conception d'instruments et de leur structure portante associée, comme décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique No. 3 702 073, consiste à réduire au minimum l'influence de contraintes sur les articulations flexibles assurant la liaison de l'élément ou masse mobile 30 avec la structure portante extérieure. Une déformation se pro- • duisant dans les articulations flexibles qui supportent la masse sismique, sous l'effet de contraintes engendrées dans la structure portante, peut se traduire par d'assez grandes erreurs dues à une déformation. Dans l'exemple du brevet des Etats-Unis d'Amé-35 rique No. 3 702 073, qui concerne un ensemble sismique à accéléromètre asservi, on utilise des éléments de captage pour produire des signaux indiquant la position de l'ensemble à l'intérieur de l'instrument, ces signaux étant à leur tour utilisés pour produire un courant dans une bobine de rappel fixée sur l'en-40 semble sismique en vue de ramener la masse sismique dans une position prédéterminée à l'intérieur de l'instrument. Une contrainte s'exerçant dans les articulations flexibles dans la position d'asservissement peut se traduire par une déformation indésirable du signal de sortie puisque l'instrument essaie de contreba-45 lancer les forces engendrées dans les articulations flexibles.

Dans le cas d'un instrument à boucle ouverte, la contrainte s'exerçant dans les articulations flexibles peut produire un mouvement du capteur, c'est-à-dire engendrer une erreur due à une distorsion ou une déformation dans le signal de sortie. Les 50 forces engendrées par des contraintes et pouvant être transmises aux articulations flexibles sont fonction de la méthode adoptée pour fixer l'élément porteur sur les éléments de stator de l'ensemble. Puisque la surface des éléments de stator venant buter contre l'anneau porteur ne peut pas être pourvue en pratique 55 d'une planéité parfaite, la fixation de l'anneau porteur, qui n'est également pas parfaitement plan, sur l'élément de stator engendre, dans la plupart des cas, des forces s'exerçant à la fois dans l'élément porteur extérieur et dans les articulations flexibles.

Un procédé pour réduire les contraintes transmises aux arti-60 culations flexibles dans un ensemble transducteur a été décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique No. 3 702 073. L'élément porteur extérieur de forme annulaire est bloqué entre des parties de stator, des organes d'espacement ou tampons étant interposés entre les faces des parties de stator et l'anneau por-65 teur. Dans cette structure, trois paires de tampons d'espacement sont réparties approximativement à 120 ° autour de l'anneau porteur. Cependant, même avec cet agencement, des forces indésirables dues à des contraintes peuvent être engendrées dans

3

633 888

l'anneau porteur et sont transmises aux articulations flexibles supportant la masse sismique.

Un second procédé utilisé pour réduire l'effet des contraintes dans la structure portante a été décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique No. 3 339 419. Dans ce brevet, on revendique une structure dans laquelle l'élément porteur est monté en porte-à-faux et supporte à son tour un organe mobile monté en porte-à-faux, essentiellement une moitié de l'organe mobile circulaire et d'un capteur circulaire étant placée de chaque côté du bord de l'élément porteur. Cette structure permet de réduire la sensibilité à une déformation angulaire du fait que des zones essentiellement égales de l'organe mobile et du capteur circulaire sont placées de chaque côté de la ligne d'appui de l'élément porteur.

Cependant, il n'est habituellement pas souhaitable, ou pratique, d'utiliser une zone de captage de forme circulaire. Il est au contraire plus efficace de concentrer la zone de captage à l'intérieur d'un rayon maximal partant de l'axe de pivotement dans un transducteur pendulaire, en vue d'augmenter au maximum le gain angulaire de captage.

L'invention a donc pour but de fournir un dispositif de support pour un transducteur évitant les défauts cités.

Le dispositif pour transducteur selon l'invention est défini par la revendication 1.

Dans des cas où la zone de captage est essentiellement circulaire, comme dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique No. 3 339 419, une rotation autour d'une ligne délimitant des surfaces égales produit une nette diminution de la sensibilité de captage de ce mouvement angulaire. Cependant, dans le domaine des transducteurs de précision, on a cherché à éliminer complètement toutes ces sources d'erreur. Ainsi, la rotation de l'élément porteur autour d'un axe passant par le centre de gravité de la zone de captage produit une diminution maximale de la sensibilité à un mouvement angulaire dans des cas où la zone de captage n'est pas circulaire et n'est même pas nécessairement symétrique.

S'il était possible de placer le centre de gravité de la zone de captage exactement sur l'axe de rotation de l'élément porteur, un transducteur de captage sensible seulement à un mouvement linéaire donnerait lieu à une erreur nulle lors d'une rotation angulaire de l'élément porteur autour dudit axe. Par exemple, il est possible théoriquement de réduire l'erreur engendrée par rotation dans une proportion de 10/1 dans un transducteur à accélération circulaire de 25 mm de diamètre du type revendiqué dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique No. 3 702 073. L'amélioration obtenue résulte du positionnement de l'axe de rotation de l'élément porteur sur le centre de gravité de la zone incurvée de captage, et non au centre de la zone circulaire de captage, comme cela a été décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique No. 3 339 419. La réduction effective de l'erreur est évidemment fonction en pratique des tolérances de fabrication intervenant dans la réalisation de l'instrument.

Les avantages et caractéristiques de l'invention seront mis en évidence, dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels la Fig. 1 est une vue éclatée d'un accéléromètre comportant un dispositif de support de type connu pour supporter un élément mobile en association avec un moyen de captage se présentant sous la forme d'une masse sismique;

la Fig. 2 est une vue en plan d'un ensemble à masse de contrôle correspondant au mode préféré de réalisation de l'invention et utilisable dans un accéléromètre;

la Fig. 3 est une vue en plan d'une partie d'un ensemble à masse de contrôle qui correspond à un autre mode de réalisation de l'invention;

Sur la Fig. 1, on a représenté en vue éclatée un élément mobile associé à un moyen de captage et se présentant sous la forme d'un transducteur d'accélération du type revendiqué dans le brevet américain précité No. 3 702 073. Dans ce mode de réalisation, l'accéléromètre comprend un élément supérieur de stator 10 et un élément inférieur de stator 12. Il est prévu dans 5 chacun des éléments de stator 10,12 des aimants permanents, comme indiqué pour l'aimant 14 incorporé à l'élément inférieur de stator 12. En outre, l'élément inférieur de stator comporte des supports pour des fils électriques, comme indiqué en 16 et 18. La Fig. 1 montre également un ensemble mobile se présen-io tant sous la forme d'un ensemble à masse de contrôle, désigné par 20 et de type connu. Il est prévu dans cet ensemble à masse de contrôle un élément porteur annulaire extérieur 22 qui est supporté entre des surfaces planes opposées 19 et 21 de l'élément supérieur de stator 10 et de l'élément inférieur de stator 15 12 par des paires d'organes ou tampons d'espacement 24 prévus sur l'élément 22. Le tampon inférieur de chaque paire n'est pas visible sur les dessins. Comme le montre la Fig. 1, chaque paire de tampons 24 est espacée d'environ 120° d'une autre paire sur la périphérie de l'anneau porteur 22. Il est prévu dans l'ensem-20 ble à masse de contrôle 20 un volet ou lame mobile 26 s'éten-dant radialement vers l'intérieur à partir de l'anneau porteur extérieur 22. On a déposé sur chaque côté du volet 26 une matière électriquement conductrice 28 de profil incurvé, qui sert de zone ou plaque capacitive de captage. Les plaques capacitives 25 de captage 28 prévues sur les faces supérieure et inférieure de volet 26 coopèrent avec les surfaces opposées 19 et 21 des éléments de stator supérieur et inférieur 10,12, pour former un système capacitif de captage.

Il est prévu de chaque côté du volet 26 une bobine de rappel 30 30. Comme cela est bien connu, les bobines de rappel 30 coopèrent avec les aimants permanents 14 pour maintenir le volet 26 dans une position prédéterminée par rapport à l'anneau porteur 22.

Le volet 26, associé aux bobines 30, est relié à l'anneau 35 porteur 22 à l'aide de deux éléments d'articulation flexible 32 et 34. Les articulations flexibles 32 et 34 permettent à l'élément sismique comprenant le volet 26 et les bobines 30 de se déplacer suivant un mouvement pendulaire par rapport à l'anneau porteur 22. Le volet 26 se déplace en réponse à des forces s'exer-40 çant suivant l'axe de sensibilité 35 de l'accéléromètre. Il est également prévu sur l'anneau porteur 22 et sur les articulations flexibles 32 et 34 des conducteurs de captage 36 et 38 constitués par des films minces et qui établissent des connexions électriques avec les plaques capacitives 28 et les bobines de rappel 30. 45 Comme indiqué précédemment, la fixation de l'anneau porteur 22 sur les éléments de stator 10 et 12 peut produire une contrainte excessive dans l'anneau porteur extérieur 22 et il en résulte qu'une déformation peut être transmise aux articulations flexibles 32 et 34. Cette déformation résultante des articulations so flexibles 32 et 34 peut causer le passage d'un courant dans les bobines de rappel d'un servo-accéléromètre, en créant ainsi une erreur importante, due à une déformation, dans le signal de sortie de l'accéléromètre.

On a représenté sur la Fig. 2, un mode préféré de réalisation 55 de l'invention, se présentant sous la forme d'un dispositif de support pour un ensemble sismique de profil circulaire du type indiqué sur la Fig. 1 par la référence 20, des paires de tampons ou d'organes d'espacement étant réparties sur l'anneau porteur 22 de manière à réduire les effets des contraintes dans ce dernier 60 quand les éléments de stator supérieur et inférieur 10,12 sont bloqués ensemble. Il est à noter que le principe de l'invention s'applique également à des structures de formes non circulaires et, en outre, à des structures d'appui, aussi bien à surface continue qu'à tampons. Le principe de l'invention s'applique égale-65 ment à des transducteurs dans lesquels l'élément porteur extérieur 22 est fixé sur un seul élément de stator, par blocage, par collage ou par d'autres moyens. L'invention s'applique, en outre, à d'autres types de moyens de captage, notamment des types

633 888

4

optiques qui peuvent ne pas nécessiter un élément de captage tel que l'élément mobile représenté sur les figures.

Selon la présente invention, la majeure partie de l'élément porteur est placée en porte-à-faux par rapport au stator du transducteur de manière que la déformation résultant de ce montage en porte-à-faux se produise autour d'un axe qui passe par le centre de gravité de la zone de captage. On entend par l'expression «centre de gravité», le centre de gravité d'un corps formé d'une matière homogène. En outre, on diminue la sensibilité aux contraintes s'exerçant dans la partie de support de l'instrument en augmentant au maximum l'écartement des articulations flexibles reliant l'élément mobile à l'élément porteur par rapport au point de porte-à-faux où s'exerce la contrainte d'appui. Cette solution procure l'avantage supplémentaire de ne pas avoir à utiliser une zone de captage de profil symétrique ou de ne pas avoir à centrer cette zone de captage sur l'élément mobile. Il est à noter que la plupart des capteurs sont sensibles, non pas simplement à l'angle de rotation de la zone de captage, mais aussi au mouvement linéaire du centre de gravité de cette zone de captage.

Sur la Fig. 2, on a désigné par 22,26,28,30,.32 et 34, des éléments semblables à ceux décrits en référence à la Fig. 1. En particulier, il est prévu une première paire de tampons d'appui 40, dont l'un est placé sur la face supérieure et l'autre (non visible) sur la face inférieure de l'élément porteur circulaire 22, chacun des tampons 40,44, et de préférence leurs bords, étant essentiellement alignés avec le centre de gravité de l'élément de captage 28, comme indiqué par la ligne 42. On a désigné le centre de gravité de l'élément de captage par 41 sur la Fig. 2. Lorsque cet élément de captage est plan et a une épaisseur uniforme, en étant, par exemple, constitué par une mince couche de métal conducteur denstiné à former des plaques capacitives, le centre de gravité 41 de l'élément de captage est le centre de gravité de la zone de captage. En ce qui concerne le centre de gravité de la zone de captage 28 de la Fig. 2, le produit de la surface du capteur se trouvant d'un côté de l'axe 42 par le rayon passant par le centre de gravité de cette surface est égal au produit des deux mêmes valeurs de l'autre côté dudit axe.

En outre, il est prévu une seconde paire de tampons d'appui 44 de l'autre côté de l'anneau porteur 22 et dans une condition essentiellement alignée avec l'axe 42. Il est également prévu une troisième paire de tampons d'appui 46 sur l'anneau porteur 22 sur un côté opposé aux articulations flexibles 32 et 34. Bien que l'on considère normalement comme souhaitable de réaliser les tampons 40,44,46 aussi petits que possible afin de réduire les contraintes s'exerçant dans l'anneau porteur 22, il peut exister des circonstances où il est souhaitable de réunir les tampons 40, 44 et 46 sous la forme d'un seul élément. Aussi bien dans le cas où on utilise des tampons d'appui séparés, comme indiqué sur la Fig. 2, ou bien où on utilise un seul élément d'appui incurvé s'étendant de la position du tampon 40 jusqu'à la position du tampon 44, on considère comme très avantageux que l'axe ef-5 fectif de rotation de la partie en porte-à-faux de l'anneau porteur 22 coïncide essentiellement avec une ligne ou axe 42 passant par le centre de gravité 41 de l'élément de captage 28. En disposant les éléments ou tampons d'appui de cette manière, on diminue sensiblement le mouvement du centre de gravité 41 de lc l'élément de captage 28 parallèlement à l'axe de sensibilité 35 de l'instrument, comme indiqué surla Fig. 1, sous l'effet d'une contrainte engendrée dans l'anneau porteur par le blocage des éléments de stator 10,12, l'un avec l'autre. Cela est dû au fait qu'une rotation autour du centre de gravité de la zone de cap-15 tage produit des effets égaux de captage de part et d'autre de l'axe de rotation, de sorte que des erreurs de captage imputables à des contraintes s'exerçant dans les articulations flexibles ont tendance à s'annuler.

Egalement, comme indiqué dans le mode de réalisation de la 20 Fig. 2, il est souhaitable de placer la charnière, matérialisée par les articulations flexibles 32 et 34, qui supporte le volet ou élément mobile 26, aussi loin que possible de l'axe 42, afin de réduire au minimum la déformation dans les articulations flexibles 32 et 34. La plaque de captage 28 doit être placée sur 25 l'élément mobile 26 aussi loin que possible des articulations flexibles 32 et 34, de manière qu'elles puissent exploiter au maximum la rotation du volet 26. On augmente la sensibilité du capteur en fonction de la distance d'éloignement de la zone de captage par rapport au point de rotation du volet 26. En consé-30 quence, en donnant à la zone de captage le profil incurvé sur la Fig. 2, on peut éloigner au maximum la zone de captage des articulations flexibles 32 et 34.

On a représenté sur la Fig. 3 un mode de réalisation de l'invention dans lequel des parties flexibles supplémentaires 48 et 50, formées par des évidements incurvés ménagés dans l'élément porteur annulaire 22, sont de préférence placées à une distance maximale des tampons d'appui 40 et 44. Ces articulations flexibles supplémentaires 48 et 50 permettent à une partie de l'anneau porteur 22 de s'infléchir dans une direction radiale. Même lorsqu'on utilise une surface continue d'appui entre le tampon 40 et le tampon 44, cet agencement est avantageux. La combinaison des parties flexibles 48 et 50 avec un espacement maximal des articulations flexibles 32 et 34 par rapport à l'axe de rotation 42 de l'anneau porteur 22 se traduit par une diminution de la sensibilité à une déformation radiale dans l'anneau porteur 22, cette déformation se manifestant sous l'effet d'une contrainte engendrée dans les articulations flexibles 32 et 34.

40

C

1 feuille dessins

Claims

633 888

2

REVENDICATIONS

1. Dispositif de support pour un transducteur comportant un stator (10,12), un élément porteur (22) et un élément mobile (26) relié à celui-ci, caractérisé en ce que l'élément mobile (26) comporte au moins une zone de captage non circulaire (28), un moyen de liaison (32, 34, 70, 72) pour relier l'élément mobile (26) à l'élément porteur (22) en lui permettant au moins un degré limité de mouvement, et au moins un élément d'espacement intercalaire (40,44,46) entre le stator (10,12) et l'élément porteur (22) et en ce qu'au moins un bord de l'élément d'espacement est pratiquement aligné avec le centre de gravité (41,63) de la zone de captage (28, 66), afin de permettre à la partie de l'élément porteur (22) qui comporte le dit moyen de liaison (32,34; 70,72) de tourner par rapport au stator de telle sorte que l'axe de rotation (42, 64) passe essentiellement par le centre de gravité (41,63) de la zone de captage.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément porteur (22) a une configuration circulaire et comprend deux parties de flexion (48,50) dont l'une est placée d'un côté dudit moyen de liaison (32, 34), tandis que l'autre est placée de l'autre côté dudit moyen de liaison.
3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément porteur (22) comprend un moyen de liaison (32,34) destiné à supporter de façon pendulaire ledit élément mobile (26) interposé entre et supporté par les premier (10) et second (12) éléments de stator et au moins un élément d'espacement (40,44,46) intercalé entre au moins un des éléments de stator (10,12) et l'élément porteur (22) et en ce que l'élément d'espacement est positionné de façon à supporter en porte-à-faux une partie de l'élément porteur (22) de telle sorte que l'axe de rotation (42) de la fixation en porte-à-faux passe par le centre de gravité (41) de la zone de captage (28).
4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit moyen de liaison (32, 34) du type pendulaire est placé sur l'élément porteur (22) à une distance maximale dudit axe de rotation (42).
5. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'un des éléments d'espacement (40,44,46) est intercalé entre chaque élément de stator (10,12) et l'élément porteur (22) et en ce que ces organes d'espacement sont pratiquement alignés avec le centre de gravité (41) de la zone de captage (28).
6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'un bord de chaque élément d'espacement (40,44,46) est essentiellement aligné avec le centre de gravité (41) de la zone de captage (28).
7. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que le dit élément porteur (22) a une configuration circulaire et comprend deux parties de flexion (48,50) permettant une flexion radiale de l'élément porteur (22).
8. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un premier (10) et un second (12) éléments de stator pourvus de surfaces opposées, en ce que l'élément porteur (22) est annulaire et concentrique avec l'élément mobile (26) qui lui est relié par au moins un moyen de liaison flexible (32,34), en ce que l'élément porteur annulaire (22) est placé entre et supporté par lesdites surfaces opposées desdits premier et second éléments de stator (10,12), plusieurs éléments d'espacement (40,44,46) étant interposés entre l'élément porteur et lesdites surfaces opposées des éléments de stator (10,12), ces éléments d'espacement étant essentiellement alignés avec le centre de gravité (41) de la zone de captage (28) de façon à former un support en porte-à-faux pour l'élément porteur annulaire, de telle sorte que l'axe de rotation (42) de la fixation en porte-à-faux passe par le centre de gravité (41) de la zone de captage.
9. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de liaison est constitué par au moins deux éléments de flexion (70,72) placés de part et d'autre de l'axe de rotation (64) et en ce que l'élément porteur (22) est pourvu d'une fente

(74) située essentiellement du même côté dudit axe de rotation (64) que les éléments d'espacement (40,44, 46).