CH442773A - Dispositif électronique de mesure de très faibles déplacements - Google Patents

Description

  
 



  Dispositif électronique de mesure de très faibles déplacements
 La présente invention concerne un dispositif électronique de mesure de très faibles déplacements, en général inférieurs à 100 microns.



   Comme dans de nombreux dispositifs antérieurs et notamment dans le système décrit par le titulaire dans le brevet français No 1341664 ayant pour titre   Dispositif de mesure des déplacements linéaires ou angulaires , et dans les brevets additionnels déposés sous le mme titre, et portant les   NoS83384,    87459, et 87963, il est fait appel à une capacité variable pour traduire le déplacement en un signal électrique.   



   Le dispositif selon l'invention n est caractérisé en ce    qu'il comporte une capacité variable alimentée par un   courant    alternatif de haute fréquence et d'amplitude de l'oscillation constante à partir du point intermédiaire d'un circuit L C   résJnnrtnt    série, lui-mme alimenté sous tension d'amplitude, constante.



   Le dessin ci-annexé représente à titre d'exemple, quelques formes d'exécution de l'objet de la présente invention.



   La fig. 1 est un schéma électrique simplifié du dispositif électronique de mesure selon l'invention;
 la fig. 2 est une vue schématique en coupe partielle d'un accéléromètre utilisant une forme d'exécution du dispositif électronique selon l'invention;
 la fig. 3 est une vue schématique en coupe partielle d'une cellule   microtbarométrique    utilisant une autre forme d'exécution du dispositif électronique selon l'invention.



   L'originalité du circuit proposé ici   réside:   
 a) dans la façon d'imposer qu'une intensité alter
 native à fréquence élevée d'amplitude de l'oscil
 lation constante traverse la capacité.
 b) dans le procédé de détection permettant de
 ramener au niveau du dispositif d'alimentation
 un signal d'information continu égal à l'amplitude
 de la différence de potentiel alternative entre les
 armatures de la capacité variable, lequel varie
 donc comme l'écartement desdites armatures.
 c) dans la manière de réaliser un tel circuit stable
 thermiquement de façon compacte et légère.
 d) dans la manière de réaliser les capacités varia
 bles dans les deux applications précises déjà men
 tionnées.



   La fig. 1 présente le schéma théorique de la voie de mesure complète. Un oscillateur 1 contenu dans la boîte d'alimentation 2 alimente par l'intermédiaire de la ligne coaxiale 3 le circuit du capteur 4 en un courant de fréquence avantageusement choisie entre 10 et 15 M Hz c'est-à-dire suffisamment élevée pour pouvoir utiliser une capacité variable de quelques picofarads qui conserve cependant une impédance relativement basse de quelques milliers d'ohms. L'inductance 5 et la capacité fixe 6 constituent un circuit oscillant série dont la   fréquence    de résonance est celle de l'oscillateur 1.

   Avec une capacité céramique 6 de 10 pF à faible coefficient de température associée à une inductance 5 à air bobinée sur un mandrin de performances diélectriques élevées dans le domaine de fréquence considéré on réalise aisément un circuit de surtension élevée et de bonne stabilité thermique.



   Si, ayant ajusté la fréquence de l'oscillateur 1 à la   résonance du circuit t 5-6, on branche la capacité variable 7, laquelle traduit le déplacement, le point t de fonc-    tionnement du circuit est déplacé sur la pente de la courbe de résonance du nouveau circuit 5-6-7 située du côté des fréquences élevées. Un calcul élémentaire montre que compte tenu de la surtension finie mais élevée du circuit 5-6, l'intensité délivrée à la capacité  7 demeure sensiblement proportionnelle à l'amplitude
 du potentiel alternatif à l'entrée 8 de l'inductance 5 tant que cette capacité demeure supérieure à une valeur minima pouvant tre une fraction de picofarad d'au
 tant plus faible que la surtension du circuit 5-6 est plus élevée.

   Cette intensité demeure donc constante si on
 prend soin de régler l'amplitude du . signal alternatif
 délivré par l'oscillateur au   noeud    8 grâce, par exemple, à une diode régulatrice symétrique 9 disposée en série avec une forte capacité 10 par exemple de 10.000 pF.



  L'ensemble du circuit étant jusqu'ici, grâce à la capa
 cité de liaison 11, entièrement découplé de la masse
 quant à la composante continue, la diode 12 impose au potentiel du noeud électrique 13 de varier non pas   symétriquement de -V à + V par rapport au potentiel
 de masse mais de O à + 2V en sorte que le filtre cons-   
 titué par l'inductance 14 et la capacité 15 au niveau du boîtier d'alimentation permet d'obtenir un signal
 d'information continu égal à V à la borne 16. La résistance de charge 17 est indispensable pour diminuer la constante de temps de la réponse à des variations correspondant à une décroissance de V, le système restant théoriquement, quant à la composante continue de son potentiel, à la valeur maxima atteinte par cette dernière en l'absence de tout pompage continu.



   En pratique, les fuites provenant notamment de la conduction inverse de la diode 12 ramènent toujours la composante continue à la valeur attendue V mais avec une constante de temps pouvant atteindre plusieurs secondes. La résistance 17 assure alors un pompage continu de la charge électrique apparue sur la ligne 3, qui, quant au signal continu d'information, se comporte comme une assez forte capacité pouvant atteindre un ordre de grandeur de 10.000 pF pour une ligne de cent mètres.

   Elle peut tre avantageusement constituée en grande partie par   l'impédance    résistive du système enregistreur afin d'éviter tout gaspillage de l'énergie d'information; elle doit en tout cas tre choisie assez faible compte tenu de la capacité globale du circuit pour assurer une réponse assez rapide du circuit pour suivre les déplacements mécaniques imposés qu'on désire enregistrer;

   elle ne doit pas non plus tre choisie inconsidérément trop faible au point d'écraser la surtension du circuit 5-6 en l'absence de la capacité 7 et en présence de la diode 12 car, d'une part la sensibilité du dispositif s'effondre, le raisonnement théorique précédent qui tenait compte d'une surtension élevée du circuit 5-6 n'est plus valable et enfin, outre que, mme avec une diode parfaite, le phénomène n'est plus linéaire, la diode qui doit assurer le passage d'un courant moyen important pendant l'annulation du potentiel du   noeud    13 manifeste ses imperfections et notamment ses variations thermiques.

   Il peut enfin s'avérer utile, pour augmenter la fidélité de l'appareil de disposer une résistance 18, en parallèle avec la diode 12 et les capacités 6 et 7, qui permet par un choix judicieux de sa valeur et de son coefficient thermique de compenser la variation thermique des phénomènes dissipatifs associés à la diode et aux pertes diélectriques qui se produisent surtout dans l'isolant qui constitue le support de l'inductance 5. Elle double en ce cas le rôle de la résistance 17, qui peut éventuellement ne plus tre utilisée, mais doit répondre aux préoccupations citées précédemment.



   La fig. 2 représente, à une échelle voisine de 2, l'utilisation de ce circuit dans un accéléromètre ultra
 sensible conçu spécialement et destiné à la mesure des vibrations mécaniques dans une très large gamme de
 fréquences et d'amplitudes. La capacité variable est
 constituée d'une part par le clinquant 20 en acier aux
 qualités thermo-élastiques exceptionnelles tel l'Invar,
 d'autre part par la pièce filetée 21 qu'on peut approcher à volonté du clinquant.

   La déflexion du clinquant
 sous l'action d'une accélération subie par l'appareil perpendiculairement à la face de fixation 22 est très sensiblement proportionnelle à cette accélération dans
 une gamme de fréquences comprise entre 0 et la fréquence propre du clinquant si ce dernier est convenablement amorti.   I1    est possible, avec des surfaces en regard de l'ordre du   cm2,    d'amortir convenablement
 un clinquant de quelques centièmes de mm d'épais
 seur à l'aide du coussin d'air situé dans l'entrefer. On
 reconnaît le bobinage 5 réalisé sur un mandrin 19 avantageusement constitué d'un polystyrène ou d'une céramique de bonnes qualités diélectriques et les divers éléments du circuit de la fig. 1 qui sont désignés par les mmes références.



   La fig. 3 représente une capsule manométrique à
 réponse rapide où la capacité variable est constituée par l'électrode fixe 23 et la membrane métallique 24 dont la flèche est déterminée par la pression à mesurer.



   Dans   l'un    et l'autre dispositifs, en fonctionnant avec
 des surfaces en regard de l'ordre du   cm2    et un entrefer de l'ordre de 50 microns on peut obtenir au niveau du boîtier d'alimentation un signal dont la linéarité est excellente pour des déplacements supérieurs à 20 microns avec une sensibilité atteignant sans amplification 1 volt par micron.

   Les dérives thermiques du circuit électrique proprement dit, exprimées en thermes de longueur, sont inférieures au 1/100 de micron dans des conditions normales d'utilisation en laboratoire et nettement inférieures au micron pour une large gamme de température ce qui rend ces appareils, à condition de réaliser convenablement les compensations des dilatations associées aux éléments constitutifs de la capacité variable, susceptibles d'une large diffusion industrielle, tant pour la mesure des vibrations que pour celles des pressions et aussi des très faibles déplacements proprement dits.
  

Claims (1)

1. REVENDICATION Dispositif électronique de mesure de très faibles déplacements, caractérisé en ce qu'il comporte une capacité variable alimentée par un courant alternatif de haute fréquence et d'amplitude de l'oscillation constante à partir du point intermédiaire d'un circuit L C résonnant série, lui-mme alimenté sous tension d'amplitude constante.

   SOUS-REVENDICATIONS 1. Dispositif selon la revendication, caractérisé en ce qu'une diode est montée en parallèle sur ladite capacité variable et en ce qu'un filtre à inductance-capacité est prévu pour ramener au niveau de l'oscillateur d'alimentation dudit circuit résonnant un signal d'information continu égal à l'amplitude de la différence de potentiel alternative entre les armatures de ladite capacité variable.

   2. Dispositif selon la revendication et la sous-revendication 1, caractérisé en ce qu'une résistance est bran chée en parallèle sur ladite diode de manière à compenser les variations thermiques au niveau de ladite diode.

   3. Dispositif selon la revendication, destiné à un accéléromètre, caractérisé en ce qu'une armature de ladite capacité variable est constituée par un clinquant, en ce que l'autre armature est constituée par une pièce métallique filetée que l'on peut approcher à volonté du clinquant et en ce que ledit clinquant est amorti à l'aide d'un coussin d'air situé dans l'entrefer.

   4. Dispositif selon la revendication, destiné à une capsule micro-barométrique, caractérisé en ce que l'une des armatures de ladite capacité variable est constituée par une membrane élastique.