WO2018178564A1

Sensor for measuring acceleration forces along three axes

Abstract

The invention concerns a triaxial acceleration sensor for simultaneously measuring acceleration forces comprising: a piezoelectric element; a series of electrodes (A, B, C,...) provided on one face of the piezoelectric element; a counter electrode provided on a face of the piezoelectric element opposite that provided with the electrodes. According to the invention, a processing circuit digitises the measurement signals and processes the digitised measurement signals in order to deliver axis-sensitive signals relative to the first axis (X), the second axis (Y) and the third axis (Z) from the combination of digitised measurement signals; the processing circuit determining, during a calibration phase, transfer coefficients for compensating for defects in the performance of the sensor.

WO2018178564A1, drawing sheet 1
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8 claims: 2 independent, 6 dependent

  1. 1
    REVENDICATIONS 1 - Capteur d'accélération triaxial pour mesurer simultanément des forces d'accélération selon un premier axe (X), un deuxième axe (Y) et un troisième axe (Z) perpendiculaires entre eux deux à deux, le capteur comportant :- un élément piézoélectrique (2) présentant un axe de révolution (S) parallèle au troisième axe (Z), l'élément piézoélectrique (2) étant monté entre un support (5) et une masse sismique (6), et présentant un axe de polarisation (P) parallèle à l'axe de révolution (S) ;- une série d'électrodes (A, B, C, ...) aménagées sur une face de l'élément piézoélectrique ;- une contre-électrode (K) aménagée sur une face de l'élément piézoélectrique opposée de celle pourvue des électrodes ;- les électrodes (A, B, C, .,.) et la contre-électrode (K) étant aménagées d'une part de manière circulaire autour de l'axe de révolution (S) et d'autre part, en vis-à-vis les unes des autres pour constituer au moins trois paires formées chacune d'une électrode et de la contre-électrode situées en vis-à-vis, et délivrant chacune un signal de mesure (Sa, Sb, Se, ...) ;- un circuit de traitement (10) relié aux électrodes et à la contre-électrode pour traiter les signaux électriques de mesure (Sa, Sb, Se, ...) délivrés par les électrodes et la contre-électrode ;caractérisé en ce que le circuit de traitement (10) assure la numérisation des signaux de mesure et le traitement des signaux de mesure numérisés pour délivrer : • un signal sensible (Sx) selon le premier axe (X), à partir de la combinaison des signaux de mesure numérisés ;• un signal sensible (Sy) selon le deuxième axe (Y), à partir de la combinaison des signaux de mesure numérisés ;· un signal sensible (Sz) selon le troisième axe (Z), à partir de la combinaison des signaux de mesure tels que : avec T, un ensemble de coefficients de transfert affectés à chaque signal de mesure (Sa, Sb, Se, ...) ;- le circuit de traitement (10) déterminant lors d'une phase d'étalonnage les coefficients de transfert (T) pour compenser les défauts de réalisation du capteur.
  2. 2
    2 - Capteur d'accélération triaxial selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément piézoélectrique (2) est monté en compression entre ie support (5) et la masse sismique (6) de manière que les accélérations mesurées soient converties en signaux de mesure (Sa, Sb, Se, ...) grâce à son mode de déformation longitudinale et en ce que l'élément piézoélectrique (2) est réalisé sous la forme d'un disque présentant deux faces planes opposées sur l'une desquelles les électrodes sont aménagées et sur l'autre desquelles est aménagée la contre-électrode. - Capteur d'accélération triaxial selon la revendication caractérisé en ce que l'élément piézoélectrique (2) est monté entre le support (5) et la masse sismique (6) dont le centre de masse est déporté du plan de symétrie de l'élément piézoélectrique (2) normale à son axe de révolution (S) de manière que les accélérations mesurées soient converties en signaux de mesure (Sa, Sb, Se, ...) grâce à son mode de déformation en cisaillement et en ce que l'élément piézoélectrique (2) est réalisé sous la forme d'un disque présentant deux faces planes opposées reliées entre elles par des faces cylindriques interne (2î) et externe (2e) sur l'une desquelles les électrodes sont aménagées et sur l'autre desquelles est aménagée la contre-électrode.
  3. 3
    4 - Capteur d'accélération triaxial selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la série d'électrodes comporte une première (A) et une deuxième électrodes (B) disposées diamétralement opposées par rapport à î'axe de révolution (S) pour récupérer des charges de l'élément selon le premier axe (X), et une troisième (C) et une quatrième (D) électrodes disposées diamétralement opposées par rapport à l'axe de révolution (S) pour récupérer des charges de l'élément selon le deuxième axe (Y).
  4. 4
    5 - Capteur d'accélération triaxiai selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte une électrode annulaire (E) aménagée de manière symétrique autour de l'axe de révolution et en vis-à-vis d'une contre-électrode pour délivrer un signal sensible selon le troisième axe (Z).
  5. 5
    6 - Capteur d'accélération triaxiai selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le circuit de traitement (10) comporte en entrée, au moins un circuit de numérisation des signaux délivrés par les électrodes et la contre-électrode.
  6. 6
    7 - Capteur d'accélération triaxiai selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'élément piézoélectrique (2) comporte un empilement de matériaux piézoélectriques.
  7. 7
    8 - Capteur d'accélération triaxiai selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'élément piézoélectrique (2) comporte un empilement de deux matériaux piézoélectriques possédant des axes de polarisation (P) de sens opposé.
  8. 8
    9 - Capteur d'accélération triaxiai selon l'une des revendications 1 à 2 et 4 à 8, caractérisé en ce que l'embase (5) et la masse sismique (6) sont reliées entre elles par un dispositif (7) assurant la compression de l'élément piézoélectrique.