EP2065713A1

Detection device with a hanging piezoresistive strain gauge comprising a strain amplification cell

Abstract

Dispositif (100) à détection piézorésistive, comportant au moins : - un corps d'épreuve (102) où s'exerce un effort à mesurer, - des moyens de détection d'une contrainte exercée par le corps d'épreuve (102) sous l'action de l'effort, comportant au moins une jauge de contrainte piézorésistive suspendue (112), - une cellule d'amplification de contrainte comprenant au moins deux bras rigides (106, 118) reliés mécaniquement l'un à l'autre par au moins un élément de liaison (110) au niveau d'une première de leurs extrémités, une seconde extrémité d'un premier (106) des deux bras rigides étant reliée mécaniquement au corps d'épreuve (102), une seconde extrémité d'un second (118) des deux bras rigides étant ancrée au substrat, l'élément de liaison (110) étant relié mécaniquement à une première extrémité de la jauge de contrainte piézorésistive suspendue (112).

EP2065713A1, drawing sheet 1
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25 claims: 8 independent, 17 dependent

  1. 1
    Dispositif (100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800) à détection piézorésistive, comportant au moins :- un corps d'épreuve (102, 202, 302, 502) où s'exerce un effort à mesurer, - des moyens de détection d'une contrainte exercée par le corps d'épreuve (102, 202, 302, 502) sous l'action de l'effort, comportant au moins une jauge de contrainte piézorésistive suspendue (112), - une cellule d'amplification de contrainte comprenant au moins deux bras rigides (106, 118) reliés mécaniquement l'un à l'autre par au moins un élément de liaison (110) au niveau d'une première de leurs extrémités, une seconde extrémité d'un premier (106) des deux bras rigides étant reliée mécaniquement au corps d'épreuve (102, 202, 302, 502), une seconde extrémité d'un second (118) des deux bras rigides étant ancrée à un substrat, l'élément de liaison (110) étant relié mécaniquement à une première extrémité de la jauge de contrainte piézorésistive suspendue (112).
  2. 2
    Dispositif (100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800) selon la revendication 1, la jauge de contrainte piézorésistive suspendue (112) comportant une seconde extrémité ancrée au substrat.
  3. 3
    Dispositif (100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800) selon l'une des revendications précédentes, la jauge de contrainte piézorésistive suspendue (112) comportant au moins une poutre suspendue à base d'un matériau piézorésistif.
  4. 4
    Dispositif (100, 200, 300, 400, 600, 700, 800) selon l'une des revendications précédentes, la seconde extrémité du premier bras rigide (106) étant reliée au corps d'épreuve (102, 202, 302) au voisinage d'un encastrement (108, 206) du corps d'épreuve (102, 202, 302) au substrat.
  5. 5
    Dispositif (100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800) selon l'une des revendications précédentes, l'élément de liaison (110) reliant mécaniquement les deux premières extrémités des deux bras rigides (106, 118) comportant au moins une liaison pivot.
  6. 6
    Dispositif (100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800) selon l'une des revendications 1 à 4, l'élément de liaison (110) reliant mécaniquement les premières extrémités des deux bras rigides (106, 118) comportant une liaison fixe avec la première extrémité de la jauge de contrainte piézorésistive suspendue (112).
  7. 7
    Dispositif (100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800) selon la revendication 6, chacune des premières extrémités des deux bras rigides (106, 118) étant reliée mécaniquement à l'élément de liaison (110) par au moins une liaison pivot.
  8. 8
    Dispositif (100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800) selon l'une des revendications précédentes, les deux bras rigides (106, 118) étant symétriques par rapport à un axe principal de la jauge de contrainte piézorésistive suspendue (112).
  9. 9
    Dispositif (200, 300, 400, 500, 700, 800) selon l'une des revendications précédentes, le corps d'épreuve comportant au moins une masse sismique (202, 302, 502) mobile dans le plan du substrat, à laquelle est reliée la seconde extrémité du premier bras rigide (106).
  10. 10
    Dispositif (200, 400, 700, 800) selon la revendication 9, la masse sismique (202) étant ancrée au substrat par l'intermédiaire d'une charnière (204).
  11. 11
    Dispositif (500) selon l'une des revendications 9 ou 10, la masse sismique (502) étant ancrée au substrat par l'intermédiaire d'un bras de guidage (504) formé dans la masse sismique (502) et encastré dans le substrat.
  12. 12
    Dispositif (100, 200, 600) selon l'une des revendications 1 à 8, le corps d'épreuve comportant au moins un élément résonant (102) en flexion dans le plan du substrat.
  13. 13
    Dispositif (100, 200, 600) selon la revendication 12, l'élément résonant (102) étant de type poutre ou diapason.
  14. 14
    Dispositif (100, 200, 600) selon l'une des revendications 12 ou 13, comportant en outre des moyens d'excitation (104) de l'élément résonant (102) de type capacitif, et/ou piézoélectrique, et/ou magnétique et/ou thermoélastique.
  15. 15
    Dispositif (100, 600) selon l'une des revendications 12 à 14, deux extrémités de l'élément résonant (102) étant ancrées au substrat.
  16. 16
    Dispositif (200) selon l'une des revendications 12 à 14, le corps d'épreuve comportant en outre au moins une masse sismique (202) mobile dans le plan du substrat, reliée à l'élément résonant (102).
  17. 17
    Dispositif (200) selon la revendication 16, la masse sismique (202) étant ancrée au substrat par l'intermédiaire d'une charnière (204).
  18. 18
    Dispositif (200) selon l'une des revendications 16 ou 17, l'élément résonant (102) étant relié à la masse sismique (202) au voisinage d'un encastrement (206) de la masse sismique (202) au substrat.
  19. 19
    Dispositif (300) selon l'une des revendications 1 à 8, le corps d'épreuve comportant au moins deux masses sismiques (302) mobiles dans le plan du substrat, deux bras de liaison (304) reliés à chacune des deux masses sismiques (302) par l'intermédiaire de bras de flexion (306) destinés à transmettre les mouvements des masses sismiques (302) aux bras de liaison (304), la seconde extrémité du premier bras rigide (106) de la cellule d'amplification de contrainte étant reliée à l'un des bras de liaison (304) au voisinage d'un encastrement dudit bras de liaison (304) au substrat.
  20. 20
    Dispositif (300) selon la revendication 19, les bras de liaison (304) et les bras de flexion (306) formant un cadre sensiblement rectangulaire.
  21. 21
    Dispositif (300) selon l'une des revendications 19 ou 20, comportant en outre des moyens d'excitation (308) des masses sismiques (302) de type électrostatiques et/ou thermiques et/ou piézoélectriques.
  22. 22
    Dispositif (600, 700, 800) selon l'une des revendications précédentes, comportant en outre au moins une seconde cellule d'amplification de contrainte comprenant au moins deux bras rigides (106', 118') reliés mécaniquement l'un à l'autre par au moins un élément de liaison (110') au niveau d'une première de leurs extrémités, une seconde extrémité d'un premier des deux bras rigides (106') étant reliée mécaniquement au corps d'épreuve (102), une seconde extrémité d'un second (118') des deux bras rigides étant ancrée au substrat, l'élément de liaison (110') étant relié mécaniquement à une première extrémité d'une seconde jauge de contrainte piézorésistive suspendue (112') destinée à travailler de manière différentielle en compression ou tension par rapport à la première jauge de contrainte piézorésistive suspendue (112) travaillant respectivement en tension ou en compression.
  23. 23
    Dispositif (600, 700, 800) selon la revendication 22, comportant en outre au moins deux éléments résistifs (608, 610, 706, 710) et une source de polarisation (612, 708) formant, avec les autres éléments du dispositif (600, 700), un pont de Wheastone.
  24. 24
    Dispositif (100, 200, 300, 400, 500) selon l'une des revendications 1 à 22, comportant en outre des moyens de mesure (116) de la variation de la résistance de la jauge de contrainte piézorésistive suspendue (112).
  25. 25
    Dispositif (100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800) selon l'une des revendications précédentes, la ou les jauges de contrainte piézorésistives suspendues (112, 112') étant disposées perpendiculairement à l'axe de l'effort induit à mesurer.
Independent claims25