Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
Les accéléromètres ont vu le développement de leurs applications s’amplifier graduellement. Présents de nos jours dans notre quotidien, ils sont désormais produits en grande quantité. Parmi ces applications “grand public”, sont cités les airbags de voiture (ou coussin gonflable de sécurité), les systèmes d’aide à la tenue de route (tels que ABS, ESP), ou encore les machines à laver (équilibrage du linge dans le tambour). Dans cet article, des définitions et quelques éléments de physique sont tout d’abord proposés, puis les différents principes de mesure expliqués. Pour terminer, les gyromètres (à structure vibrante et acoustique) sont traités plus spécifiquement.
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Applications for accelerometers have grown steadily. We encounter them everywhere in our day-to-day lives, and they are mass produced. Among the applications for the general public are car airbags, computerized automobile handling systems (such as ABS and ESP) and even washing machines (for keeping the load balanced in the drum). In this article, definitions and some elements of physics are first proposed, followed by an explanation of the different measurement principles. Finally, the gyrometer (a vibrating and acoustic structure) is examined in more detail.
Auteur(s)
-
Alain DEVAL : Ingénieur Civil de l’Aéronautique - Directeur Technique Adjoint de la SAGEM
-
Yvon AMAND : Ingénieur de Recherche, SAGEM
INTRODUCTION
Dans cet article, nous nous bornerons au domaine d’emploi courant des accéléromètres en mécanique rationnelle.
Après des rappels théoriques concernant les définitions et les unités (§ 1, 2 et 3), nous aborderons les mesures 4 et les différents types d’accéléromètres.
Les accéléromètres sont utilisés pour des applications ou des mesures très diverses ; citons, à titre d’exemples :
-
mesure des accélérations à bord de véhicules automobiles (suspensions actives et détecteurs de chocs) ;
-
navigation et guidage par inertie concernant principalement les véhicules (avions, hélicoptères, bateaux, sous-marins, fusées et missiles), dans le domaine aérospatial, la mécanique des satellites et les sondes spatiales ;
-
contrôle des accélérations dans les essais de chocs ou de vibrations d’équipements et structures ;
-
contrôles mécaniques d’ensembles industriels ;
-
essais de simulation au sol ;
-
mesures géophysiques, géodésiques et aéronomiques.
Il existe une grande diversité de types d’accéléromètres et l’on peut envisager différents classements. Une première liste 4.2.1 comprend des capteurs de conception simple et non asservis. Cette classification est basée sur la nature du phénomène de détection. La liste n’est pas exhaustive, mais elle permet de passer en revue la plupart des phénomènes physiques qui sont utilisés dans la réalisation d’un accéléromètre.
Une seconde classification (§ 4.2.2 et 6) concerne les accéléromètres généralement de haut de gamme à déplacements asservis.
On trouvera ensuite (§ 4.2.3 et 7) les accéléromètres à poutres vibrantes et à ondes de surface. Bien que de type en boucle ouverte, certains de ces capteurs rivalisent en précision avec les appareils asservis.
Une classification supplémentaire concerne les accéléromètres répartis suivant l’emploi projeté 8.
Un dernier classement réunit les accéléromètres plus complexes et les capteurs microniques et intégrés 9.
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VERSIONS
- Version archivée 1 de oct. 1981 par René CLARET, Alain DEVAL
- Version courante de juin 2008 par Stéphane DURAND
DOI (Digital Object Identifier)
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Accéléromètres non asservis4. Principe des mesures. Classification
4.1 Principe de la mesure de l’accélération
On ne procède qu’exceptionnellement et dans des dispositifs particuliers, ne pouvant être considérés comme des instruments courants, à la mesure des accélérations à partir de la définition rappelée dans le paragraphe 1. On procède alors par dérivation simple de la vitesse, ou dérivation double du déplacement, obtenus généralement par voie électrique analogique.
Mais la mesure la plus couramment employée est une mesure déductive obtenue à partir de la loi fondamentale de la dynamique :
On mesure en réalité la force f à laquelle est soumise une masse m sous l’action de l’accélération γ considérée, cette accélération étant la résultante de toutes les accélérations auxquelles est soumise la masse m dans la direction de l’axe sensible, qu’elles soient dynamiques (mouvement) ou statiques (champ de pesanteur par exemple). Un calcul simple donne alors la valeur de γ.
La force f peut être évaluée suivant deux principes.
— Dans le premier cas (accéléromètres fonctionnant en boucle ouverte), la force est mesurée par la connaissance d’un déplacement (pouvant être micrométrique) détecté par un phénomène physique proportionnel : optique, électrique, etc. La plupart des capteurs utilisant ce principe comportent une masse inerte (appelée masse d’épreuve ou masse sismique) pouvant se déplacer en translation ou en rotation et couplée à un élément ressort susceptible d’opposer à la force d’inertie une force proportionnelle au déplacement (figure 4). Dans ces conditions, si l’extrémité libre de l’élément ressort se déplace, son élongation :
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