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EP2078207A2 - Accelerometer using resonant tuning-fork with balancing masses - Google Patents

Accelerometer using resonant tuning-fork with balancing masses

Info

Publication number
EP2078207A2
EP2078207A2 EP07821033A EP07821033A EP2078207A2 EP 2078207 A2 EP2078207 A2 EP 2078207A2 EP 07821033 A EP07821033 A EP 07821033A EP 07821033 A EP07821033 A EP 07821033A EP 2078207 A2 EP2078207 A2 EP 2078207A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
arms
accelerometer
resonator
vibration
reference plane
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP07821033A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Claude Bourgeois
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centre Suisse dElectronique et Microtechnique SA CSEM
Original Assignee
Centre Suisse dElectronique et Microtechnique SA CSEM
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Centre Suisse dElectronique et Microtechnique SA CSEM filed Critical Centre Suisse dElectronique et Microtechnique SA CSEM
Priority to EP07821033A priority Critical patent/EP2078207A2/en
Publication of EP2078207A2 publication Critical patent/EP2078207A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P15/097Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by vibratory elements
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic elements; Electromechanical resonators
    • H03H9/15Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material
    • H03H9/21Crystal tuning forks

Definitions

  • the invention relates to a resonant accelerometer which comprises a resonator in the form of a tuning fork.
  • the invention more particularly relates to a resonant accelerometer which is capable of measuring the intensity of an acceleration along a sensitive axis and which comprises: a tuning fork resonator comprising two identical flat longitudinal arms parallel to each other; extend from a recessed end to a free end in a reference plane orthogonal to the sensitive axis, the two arms being capable of oscillating according to a first vibration mode in planar flexion and in a first mode of torsional vibration about their longitudinal axis, these two modes of vibration being coupled to each other and defining a coupled mode of vibration having a natural frequency of vibration; and
  • actuation means that excite the oscillation of the resonator arms at the natural frequency of vibration.
  • a resonant accelerometer comprises a resonator having one or more natural frequencies of vibration.
  • the structure of the resonator is deformed or constrained so that its natural frequency varies proportionally with the intensity of the measured acceleration.
  • the resonant accelerometer responds to a determined stimulus, here acceleration, by a strong anisochronism of frequency.
  • accelerometers comprising a resonator in the form of a double tuning fork.
  • the arms of the resonator undergo longitudinal tensile or compressive stresses which are induced by the measured acceleration.
  • the natural frequency of the bending vibration mode of the arms varies proportionally to the intensity of these induced stresses, and therefore proportionally to the intensity of the measured acceleration.
  • This resonator is made of quartz cutting "X + ⁇ °", that is to say that the substrate of the resonator is rotated by an angle " ⁇ " (typically 2 to 5 °) around the X.
  • electric axis Watches equipped with such resonators have, due to the elastic anisotropy of this quartz cut (via its coefficient of convenience S24), a position effect due to gravitation that can be troublesome.
  • the quartz is subjected to an electric field so as to excite by piezoelectric effect the first natural mode of vibration in planar flexion of the arms.
  • the invention proposes an accelerometer of the type described above, characterized in that the coupling is obtained kinetically by the arrangement on each arm of an unbalance whose center of gravity is offset from the reference plane, so as to induce torsion of the arms during their transverse oscillations.
  • the coupling obtained is thus much larger and the sensitivity of the resonator to acceleration is improved.
  • the imbalances are realized come from matter with the arms; the imbalances form seismic masses which favor the bending of the arms out of the reference plane when the accelerometer is subjected to acceleration along its sensitive axis;
  • the resonator is made of a monocrystalline material
  • the resonator is made of silicon and oriented along the axes ⁇ 100> or ⁇ 110> of the crystal lattice, so as to have orthotropic elastic properties (that is to say that the elastic quadric is double axial symmetry);
  • the actuation means comprise a piezoelectric layer of aluminum nitride on one face of each arm and excite the resonator by an inverse piezoelectric effect.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a tuning fork resonator made according to the teachings of the invention
  • FIG. 2 is a perspective view showing the resonator of FIG. 1 in oscillation according to a first planar flexural vibration mode not coupled to a torsional vibration mode;
  • FIG. 3 is a view similar to that of FIG. 1, which shows the resonator of FIG. 1 in oscillation according to a first mode of vibration in axial torsion not coupled to a mode of vibration in bending;
  • FIG. 4 is a perspective view showing the resonator of FIG. 1 subjected to acceleration along its sensitive axis;
  • FIG. 5 is an end view along a longitudinal axis which shows the resonator of Figure 1 in oscillation according to the first planar flexural vibration mode coupled with the first mode of vibration in torsion.
  • FIG. 1 shows a resonant accelerometer 10 which comprises a resonator 12 which is vibrated by means of actuation means 14.
  • the accelerometer 10 is able to measure an acceleration along the sensitive axis " Z "which is represented in a nonlimiting manner along a vertical axis oriented from bottom to top in the figures.
  • the resonator 12 is in the form of a tuning fork which has a transverse base 16 in the form of transverse longitudinal plate since which extend longitudinally forward two parallel arms 18.
  • the arms 18 have a shape of longitudinal main axis blade "A". They extend in the same plane as the base 16 and have a rear end 22 embedded in the base 16 and a free front end 20, supporting masses of inertia or unbalance
  • the resonator 12 thus extends in a transverse longitudinal plane of reference "P" which is orthogonal to the sensitive axis "Z" with the exception of inertia masses which are off-center.
  • the arms 18 have identical dimensions.
  • the arms 18 and the base 16 are made of a piece of material, for example silicon, quartz or metal.
  • the resonator 12 is able to vibrate according to at least two modes of vibration.
  • a first mode of vibration "M1" uncoupled planar flexion, having a natural frequency "F1”, is shown in Figure 2.
  • This first mode of vibration "M1" is evanescent because the arms 18 oscillate in phase opposition with respect to one another so that the moments induced by the oscillations of the arms 18 cancel each other out on a weak depth of penetration in the base 16.
  • a first coupling mode of vibration "M2" without coupling, having a natural frequency "F2”, is represented in FIG.
  • the actuation means of the resonator 12 may be piezoelectric type or electrostatic type.
  • the resonator is excited by piezoelectric effect, for example, by means of a layer of aluminum nitride, also known under the acronym "AIN", between two electrodes.
  • AIN aluminum nitride
  • the piezoelectric coupling is achieved thanks to a deposition of aluminum nitride in the central region of the arm 18, at the location where the elongation deformations induced by the planar flexion of the arms 18 are the most important, either towards the inside of the tuning fork as shown in Figure 1, or towards the outside.
  • This rectangular zone extends backwards along the arms 18 via a thin strip to a connection area on which can be welded an electrical connection wire.
  • the aluminum nitride layer is covered with a conductive layer (platinum, aluminum, AISi or other conductive alloy), which layer is also deposited directly on the substrate to form electrical connection pads to the latter.
  • the substrate silicon is not doped, it would be necessary to provide a second electrode between the substrate and the aluminum nitride layer.
  • This second electrode is preferably made of platinum, a material which is particularly suitable for the growth of aluminum nitride.
  • a molybdenum electrode could also be suitable.
  • the substrate is for example a silicon plate 100 whose lower face is silicon oxide. Such plates are called "SOI" of English Silicium On Insulator, which means silicon on insulator. In practice, the SOIs have a thick silicon base comprising a thin layer of SiO 2 on which a thin layer of silicon has been made.
  • the actuation means 14 may also be of the electrostatic type.
  • they will comprise two electrodes, one of which may be made on the transverse or longitudinal face of the free end of the arms and the other on a support disposed opposite the first.
  • By applying an alternating voltage between the two electrodes it is possible to oscillate the arms.
  • the required voltages are, however, high, which makes this type of actuation less attractive compared to the piezoelectric variant.
  • the use of silicon resonators is, particularly with respect to quartz tuning forks, particularly suitable for so-called shock accelerometers or "high shock", which are exposed to accelerations of very high intensity.
  • the two planar flexion vibration modes "M1" and torsion “M2" are coupled kinetically (in other words by inertia) so that the excitation of the vibration mode in planar flexion "M1” shows torsional content by coupling with the first mode of torsional vibration "M2".
  • the resonator 12 thus comprises a coupled vibration mode "M 12", close to the planar flexion, but at a frequency "F12" lower than the frequency "F1" of the uncoupled bending mode, the frequency "F2" of the mode of unmated twist being greater than "F1".
  • each unbalance 24 is arranged under the lower face of the free end 20 of the associated arm 18. More precisely, the unbalances
  • each unbalance 24 form flywheels for torsional content.
  • the center of gravity "G" of each unbalance is arranged at the same distance from the reference plane "P", here to the right of the longitudinal axis of each arm 18 so that the torsional movements induced by the movements of the ends in the planar flexural vibration mode "M1" are identical for the two arms 18.
  • the unbalances 24 are identical in mass and dimensions, and they are arranged identically in each arm 18.
  • the two arms equipped with their unbalance 24 have moments of inertia identical at least along their main axis
  • each arm 18 is driven by transverse oscillations along the axis T and rotations about the axis L, in phase opposition relative to the two arms of the tuning fork.
  • the natural frequency "F12" of the resonator 12 is thus linearly proportional to the amplitude of the deflection of the free end 20 of the arms 18.
  • the natural frequency "F12" of the resonator 12 thus varies linearly with the intensity of the the acceleration, the intensity being positive or negative depending on the direction in the direction of the sensitive axis "Z".
  • the unbalances 24 are made in one piece integral with the resonator 12.
  • the resonator 12 is manufactured by deep etching of a silicon wafer according to already known machining methods.
  • the resonator 12 is made of a monocrystalline material such as monocrystalline silicon, the main axis of the tuning fork being oriented in the ⁇ 100> or ⁇ 110> direction of a plate (001), so that that the planar elasticity is orthotropic (that is to say that the elastic quadric is with double axial symmetry).
  • the resonator 12 is made of anisotropic monocrystalline material such as quartz or silicon.
  • the coupling between the first planar flexural vibration mode "M1" and the first torsional vibration mode "M2" is then performed both kinetically and elastically.
  • the unbalances 24 advantageously form seismic masses which promote the flexion of the arms 18 perpendicularly to the reference plane "P" to further increase the sensitivity of the accelerometer 10. [049] It is shown that, as a first approximation, the sensitivity of the natural frequency "F12" to the acceleration is independent of the transverse width of the arms 18.
  • the accelerometer 10 equipped with a resonator 12 according to the invention has a high sensitivity over a wide range of acceleration intensities.
  • Such an accelerometer 10 allows for example to reach a sensitivity that can exceed 3500 ppm / g in a frequency range "F12" which extends from 10 kHz to 100 kHz.
  • the variation of the natural frequency "F12" being linearly proportional to the intensity of the acceleration measured is not limited to a restricted range of measurements.
  • a tuning fork cut in an SOI plate comprises outer layers of silicon oxide which make it possible to compensate for all or part of the thermal drift.
  • the proposed resonator 12 has a very shock resistant structure, which can for example support an acceleration along its sensitive axis "Z" of an intensity of more than 10000 g and / or an acceleration of the rotation of an intensity of more than 7000 g. mm without the resonator 12 being damaged.
  • the resonator 12 is highly resilient so that the resonator 12 can recover its original properties after an impact.

Landscapes

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  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
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  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

The invention relates to a resonant accelerometer (10) capable of measuring the component an acceleration along a sensitive axis (Z) and comprising a tuning-fork shaped resonator (12) that comprises two longitudinal flat and identical arms (18) which are parallel to each other in a reference plane (P) orthogonal to the sensitive axis (Z). The two arms (18) are capable of oscillating in a first planar-flexion vibration mode (M1) and in a first torsion vibration mode (M2) about their longitudinal axis, both vibration modes being coupled together and defining a coupled vibration mode (M12) having its own vibration frequency (F12), characterised in that the coupling is obtained kinetically by mounting on each arm (18) an unbalancing mass (14), the gravity centre (G) of which is offset relative to the reference plane (P) so as to induce a torsion of the arms (18) during the transverse oscillations thereof.

Description

Accéléromètre résonant comportant u n résonateur en forme de d iapason équipé de balourds Resonant accelerometer with a pod-like resonator equipped with unbalance

Domaine techn ique [001] L'invention concerne un accéléromètre résonant qui comporte un résonateur en forme de diapason.TECHNICAL FIELD [001] The invention relates to a resonant accelerometer which comprises a resonator in the form of a tuning fork.

[002] L'invention concerne plus particulièrement un accéléromètre résonant qui est susceptible de mesurer l'intensité d'une accélération selon un axe sensible et qui comporte : - un résonateur en forme de diapason comportant deux bras longitudinaux plats identiques parallèles entre eux qui s'étendent depuis une extrémité encastrée jusqu'à une extrémité libre dans un plan de référence orthogonal à l'axe sensible, les deux bras étant susceptibles d'osciller selon un premier mode de vibration en flexion planaire et selon un premier mode de vibration en torsion autour de leur axe longitudinal, ces deux modes de vibration étant couplés l'un à l'autre et définissant un mode de vibration couplé possédant une fréquence propre de vibration ; etThe invention more particularly relates to a resonant accelerometer which is capable of measuring the intensity of an acceleration along a sensitive axis and which comprises: a tuning fork resonator comprising two identical flat longitudinal arms parallel to each other; extend from a recessed end to a free end in a reference plane orthogonal to the sensitive axis, the two arms being capable of oscillating according to a first vibration mode in planar flexion and in a first mode of torsional vibration about their longitudinal axis, these two modes of vibration being coupled to each other and defining a coupled mode of vibration having a natural frequency of vibration; and

- des moyens d'actuation qui excitent l'oscillation des bras du résonateur à la fréquence propre de vibration.actuation means that excite the oscillation of the resonator arms at the natural frequency of vibration.

[003] La composante d'une accélération selon l'axe sensible provoque une flexion conjointe quasistatique des bras hors du plan de référence, la fréquence propre du résonateur variant linéairement par rapport à l'amplitude de la flèche des bras. [004] Un accéléromètre résonant comporte un résonateur possédant une ou plusieurs fréquences propres de vibration. Lorsque le résonateur est soumis à une accélération selon un axe sensible de mesure, la structure du résonateur est déformée ou contrainte de manière que sa fréquence propre varie proportionnellement à l'intensité de l'accélération mesurée. En d'autres termes, l'accéléromètre résonant répond à un stimulus déterminé, ici l'accélération, par un fort anisochronisme de fréquence. Ainsi, en mesurant le décalage de la fréquence propre du résonateur par rapport à une fréquence propre de référence, il est possible d'en déduire la composante de l'accélération selon l'axe sensible, son orientation et son intensité pouvant être déterminées par la combinaison de deux ou de trois accéléromètres tout au plus.[003] The component of an acceleration along the sensitive axis causes a quasistatic joint bending of the arms out of the reference plane, the natural frequency of the resonator varying linearly with respect to the amplitude of the arrow of the arms. [004] A resonant accelerometer comprises a resonator having one or more natural frequencies of vibration. When the resonator is subjected to an acceleration along a sensitive measurement axis, the structure of the resonator is deformed or constrained so that its natural frequency varies proportionally with the intensity of the measured acceleration. In other words, the resonant accelerometer responds to a determined stimulus, here acceleration, by a strong anisochronism of frequency. Thus, by measuring the shift of the resonator's natural frequency with respect to a reference natural frequency, it is possible to deduce the component of the acceleration along the sensitive axis, its orientation and its intensity being able to be determined by the combination of two or three accelerometers at most.

Etat de la techniqueState of the art

[005] On connaît déjà [Eernisse E. O. et al., "Survey of Quartz BuIk Resonator Sensors Technologies", IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectronics and Frequency Control, 35, No. 3, May 1988, ppAlready known [Eernisse E. O. et al., "Survey of Quartz BuIk Resonator Sensors Technologies", IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectronics and Frequency Control, 35, No. 3, May 1988, pp.

1994-2003] des accéléromètres comportant un résonateur en forme de double diapason. Les bras du résonateur subissent des contraintes de traction ou de compression longitudinales qui sont induites par l'accélération mesurée. La fréquence propre du mode de vibration en flexion des bras varie proportionnellement à l'intensité de ces contraintes induites, et donc proportionnellement à l'intensité de l'accélération mesurée.1994-2003] accelerometers comprising a resonator in the form of a double tuning fork. The arms of the resonator undergo longitudinal tensile or compressive stresses which are induced by the measured acceleration. The natural frequency of the bending vibration mode of the arms varies proportionally to the intensity of these induced stresses, and therefore proportionally to the intensity of the measured acceleration.

[006] Cependant, la fréquence propre varie de façon non linéaire par rapport à l'intensité de l'accélération, ce qui rend peu commode l'utilisation d'un tel capteur.[006] However, the natural frequency varies non-linearly with respect to the intensity of the acceleration, which makes the use of such a sensor inconvenient.

[007] II est aussi connu d'équiper certaines montres à quartz d'un résonateur en forme de diapason réalisé en quartz.[007] It is also known to equip some quartz watches with a diaphragm-shaped resonator made of quartz.

[008] Ce résonateur est réalisé en quartz de coupe "X+α °", c'est-à-dire que le substrat du résonateur est pivoté d'un angle "α " (typiquement de 2 à 5°) autour de l'axe électrique X. Les montres équipées de tels résonateurs présentent, du fait de l'anisotropie élastique de cette coupe de quartz (via son coefficient de complaisance S24), un effet de position dû à la gravitation qui peut être gênant. [009] Dans la montre, le quartz est soumis à un champ électrique de manière à exciter par effet piézoélectrique le premier mode propre de vibration en flexion planaire des bras.[008] This resonator is made of quartz cutting "X + α °", that is to say that the substrate of the resonator is rotated by an angle "α" (typically 2 to 5 °) around the X. electric axis Watches equipped with such resonators have, due to the elastic anisotropy of this quartz cut (via its coefficient of convenience S24), a position effect due to gravitation that can be troublesome. [009] In the watch, the quartz is subjected to an electric field so as to excite by piezoelectric effect the first natural mode of vibration in planar flexion of the arms.

[010] On montre que, du fait de la structure anisotrope du résonateur, les déplacements en flexion planaire d'un bras induisent élastiquement la torsion des bras autour de leur axe longitudinal, définissant un premier mode de vibration en torsion. Ainsi, les mouvements d'oscillation en flexion planaire sont légèrement couplés au premier mode de vibration en torsion des bras, la fréquence de ce dernier étant plus élevée que celle du premier mode de flexion. En d'autres termes, le mode de vibration en torsion est couplé élastiquement et de manière quasistatique au premier mode de vibration en flexion planaire.[010] It is shown that, because of the anisotropic structure of the resonator, the planar flexion displacements of an arm elastically induce torsion of the arms about their longitudinal axis, defining a first mode of vibration in torsion. Thus, the planar bending oscillation movements are slightly coupled to the first torsional vibration mode of the arms, the frequency of which is higher than that of the first bending mode. In other words, the torsional vibration mode is coupled elastically and quasistatically to the first planar flexural vibration mode.

[011] Or, lorsque le résonateur est exposé à une accélération selon l'axe sensible orthogonal au plan du résonateur, les bras fléchissent de manière que leur extrémité libre soit hors du plan du résonateur. La fréquence propre du mode de vibration combiné en flexion et en torsion s'en trouve alors légèrement modifiée de l'ordre de 1 ppm[011] Now, when the resonator is exposed to an acceleration along the sensitive axis orthogonal to the plane of the resonator, the arms flex so that their free end is out of the plane of the resonator. The natural frequency of the combined vibration mode in flexion and torsion is then slightly modified of the order of 1 ppm

(parties par million ou 10"6) pour une accélération d'intensité équivalente à la gravité terrestre "1 g", cette unité sera notée par la suite "ppm/g". On montre que la variation de la fréquence propre est linéairement proportionnelle à l'accélération subie.(parts per million or 10 "6 ) for an acceleration of intensity equivalent to Earth's gravity" 1 g ", this unit will be noted later" ppm / g. "It is shown that the variation of the natural frequency is linearly proportional the acceleration suffered.

[012] Cette propriété est un inconvénient majeur pour un usage en tant que résonateur pour une montre, mais elle rend le résonateur sensible à l'accélération.[012] This property is a major disadvantage for use as a resonator for a watch, but it makes the resonator sensitive to acceleration.

[013] Cependant, un tel résonateur est trop peu sensible à l'accélération pour un usage comme accéléromètre.[013] However, such a resonator is too insensitive to acceleration for use as an accelerometer.

Divulgation de l'inventionDisclosure of the invention

[014] Pour résoudre ces problèmes, l'invention propose un accéléromètre du type décrit précédemment, caractérisé en ce que le couplage est obtenu de manière cinétique par l'agencement sur chaque bras d'un balourd dont le centre de gravité est décalé par rapport au plan de référence, de façon à induire une torsion des bras lors de leurs oscillations transversales. Le couplage obtenu est ainsi beaucoup plus important et la sensibilité du résonateur à l'accélération est améliorée. [015] Selon d'autres caractéristiques de l'invention :[014] To solve these problems, the invention proposes an accelerometer of the type described above, characterized in that the coupling is obtained kinetically by the arrangement on each arm of an unbalance whose center of gravity is offset from the reference plane, so as to induce torsion of the arms during their transverse oscillations. The coupling obtained is thus much larger and the sensitivity of the resonator to acceleration is improved. [015] According to other features of the invention:

- un balourd est agencé sous l'extrémité libre de chaque bras ;an unbalance is arranged under the free end of each arm;

- les balourds sont réalisés venus de matière avec les bras ; - les balourds forment des masses sismiques qui favorisent la flexion des bras hors du plan de référence lorsque l'accéléromètre est soumis à une accélération selon son axe sensible ;- the imbalances are realized come from matter with the arms; the imbalances form seismic masses which favor the bending of the arms out of the reference plane when the accelerometer is subjected to acceleration along its sensitive axis;

- le résonateur est réalisé en un matériau monocristallin ;the resonator is made of a monocrystalline material;

- le résonateur est réalisé en silicium et orienté selon les axes <100> ou <110> du réseau cristallin, de manière à présenter des propriétés élastiques orthotropes (c'est-à-dire que la quadrique élastique soit à double symétrie axiale) ; et- The resonator is made of silicon and oriented along the axes <100> or <110> of the crystal lattice, so as to have orthotropic elastic properties (that is to say that the elastic quadric is double axial symmetry); and

- les moyens d'actuation comportent une couche piézoélectrique en nitrure d'aluminium sur une face de chaque bras et excitent le résonateur par effet piézoélectrique inverse.the actuation means comprise a piezoelectric layer of aluminum nitride on one face of each arm and excite the resonator by an inverse piezoelectric effect.

Brève description des dessinsBrief description of the drawings

[016] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés parmi lesquels :Other features and advantages of the invention will emerge during the reading of the detailed description which follows for the understanding of which reference will be made to the appended drawings in which:

- la figure 1 est une vue en perspective qui représente un résonateur en forme de diapason réalisé selon les enseignements de l'invention ; - la figure 2 est une vue en perspective qui représente le résonateur de la figure 1 en oscillation selon un premier mode de vibration en flexion planaire non couplé à un mode de vibration en torsion ;FIG. 1 is a perspective view showing a tuning fork resonator made according to the teachings of the invention; FIG. 2 is a perspective view showing the resonator of FIG. 1 in oscillation according to a first planar flexural vibration mode not coupled to a torsional vibration mode;

- la figure 3 est une vue similaire à celle de la figure 1 qui représente le résonateur de la figure 1 en oscillation selon un premier mode de vibration en torsion axiale non couplé à un mode de vibration en flexion ;FIG. 3 is a view similar to that of FIG. 1, which shows the resonator of FIG. 1 in oscillation according to a first mode of vibration in axial torsion not coupled to a mode of vibration in bending;

- la figure 4 est une vue en perspective qui représente le résonateur de la figure 1 soumis à une accélération selon son axe sensible ; etFIG. 4 is a perspective view showing the resonator of FIG. 1 subjected to acceleration along its sensitive axis; and

- la figure 5 est une vue en bout selon un axe longitudinal qui représente le résonateur de la figure 1 en oscillation selon le premier mode de vibration en flexion planaire couplé avec le premier mode de vibration en torsion. Mode(s) de réalisation de l'invention- Figure 5 is an end view along a longitudinal axis which shows the resonator of Figure 1 in oscillation according to the first planar flexural vibration mode coupled with the first mode of vibration in torsion. Mode (s) of realization of the invention

[017] Pour la suite de la description on adoptera à titre non limitatif des orientations longitudinale "L" et transversale "T" ainsi qu'un axe sensible "Z" perpendiculaire aux orientations longitudinale et transversale. Ces orientations sont indiquées par le trièdre "L, Z, T" de la figure 1.[017] For the remainder of the description will be adopted without limitation longitudinal orientations "L" and transverse "T" and a sensitive axis "Z" perpendicular to the longitudinal and transverse orientations. These orientations are indicated by the trihedron "L, Z, T" of FIG.

[018] Par la suite, des éléments identiques ou analogues seront indiqués par des mêmes numéros de référence.[018] Thereafter, identical or similar elements will be indicated by the same reference numbers.

[019] On a représenté à la figure 1 un accéléromètre résonant 10 qui comporte un résonateur 12 qui est mis en vibration par le biais de moyens d'actuation 14. L'accéléromètre 10 est susceptible de mesurer une accélération suivant l'axe sensible "Z" qui est représenté de manière non limitative selon un axe vertical orienté de bas en haut aux figures.[019] FIG. 1 shows a resonant accelerometer 10 which comprises a resonator 12 which is vibrated by means of actuation means 14. The accelerometer 10 is able to measure an acceleration along the sensitive axis " Z "which is represented in a nonlimiting manner along a vertical axis oriented from bottom to top in the figures.

[020] Le résonateur 12 a la forme d'un diapason qui comporte une base transversale 16 en forme de plaque longitudinale transversale depuis laquelle s'étendent longitudinalement vers l'avant deux bras parallèles 18. Les bras 18 ont une forme de lame d'axe principal "A" longitudinal. Ils s'étendent dans le même plan que la base 16 et comportent une extrémité arrière 22 encastrée dans la base 16 et une extrémité avant libre 20, supportant des masses d'inertie ou balourds[020] The resonator 12 is in the form of a tuning fork which has a transverse base 16 in the form of transverse longitudinal plate since which extend longitudinally forward two parallel arms 18. The arms 18 have a shape of longitudinal main axis blade "A". They extend in the same plane as the base 16 and have a rear end 22 embedded in the base 16 and a free front end 20, supporting masses of inertia or unbalance

24, dont le rôle apparaîtra plus loin. Le résonateur 12 s'étend ainsi dans un plan longitudinal transversal de référence "P" qui est orthogonal à l'axe sensible "Z" à l'exception des masses d'inertie qui en sont décentrées. Les bras 18 ont des dimensions identiques. [021] Les bras 18 et la base 16 sont réalisés en une pièce venue de matière, par exemple en silicium, en quartz ou encore en métal. [022] Le résonateur 12 est susceptible de vibrer selon au moins deux modes de vibration. [023] Un premier mode de vibration "M1" en flexion planaire non couplé, possédant une fréquence propre "F1", est représenté à la figure 2.24, whose role will appear later. The resonator 12 thus extends in a transverse longitudinal plane of reference "P" which is orthogonal to the sensitive axis "Z" with the exception of inertia masses which are off-center. The arms 18 have identical dimensions. [021] The arms 18 and the base 16 are made of a piece of material, for example silicon, quartz or metal. [022] The resonator 12 is able to vibrate according to at least two modes of vibration. [023] A first mode of vibration "M1" uncoupled planar flexion, having a natural frequency "F1", is shown in Figure 2.

Lorsque le résonateur 12 est excité à la fréquence propre "F1", les bras 18 oscillent en flexion dans le plan de référence "P" à la manière de poutres encastrées dans la base 16. Ainsi, les extrémités libres 20 des bras 18 se déplacent transversalement par rapport à leur position initiale comme indiqué par les flèches 19.When the resonator 12 is excited at the natural frequency "F1", the arms 18 flexively oscillate in the reference plane "P" in the manner of beams embedded in the base 16. Thus, the free ends 20 of the arms 18 move. transversely to their initial position as indicated by the arrows 19.

[024] Ce premier mode de vibration "M1" est évanescent car les bras 18 oscillent en opposition de phase l'un par rapport à l'autre de manière que les moments induits par les oscillations des bras 18 s'annulent mutuellement sur une faible profondeur de pénétration dans la base 16.[024] This first mode of vibration "M1" is evanescent because the arms 18 oscillate in phase opposition with respect to one another so that the moments induced by the oscillations of the arms 18 cancel each other out on a weak depth of penetration in the base 16.

[025] Un premier mode de vibration "M2" de torsion sans couplage, possédant une fréquence propre "F2", est représenté à la figure 3.[025] A first coupling mode of vibration "M2" without coupling, having a natural frequency "F2", is represented in FIG.

Lorsque le résonateur 12 est excité à la fréquence propre "F2", les bras 18 oscillent en torsion autour de leur axe longitudinal "A" comme indiqué par les flèches en arc de cercle. [026] Ce deuxième mode de vibration "M2" est aussi évanescent car les bras 18 oscillent en opposition de phase l'un par rapport à l'autre de manière que les couples induits par les oscillations des bras 18 s'annulent mutuellement sur une faible profondeur de pénétration dans la base 16.When the resonator 12 is excited at the natural frequency "F2", the arms 18 oscillate in torsion around their longitudinal axis "A" as indicated by the arrows in an arc. [026] This second mode of vibration "M2" is also evanescent because the arms 18 oscillate in phase opposition with respect to each other so that the couples induced by the oscillations of the arms 18 cancel each other out on a low depth of penetration into the base 16.

[027] De manière connue, les moyens d'actuation du résonateur 12 peuvent être de type piézoélectrique ou de type électrostatique. [028] Selon une variante avantageuse de l'invention, le résonateur est excité par effet piézoélectrique, par exemple, par l'intermédiaire d'une couche de nitrure d'aluminium, aussi connu sous l'acronyme "AIN", comprise entre deux électrodes. Comme indiqué sur la figure 1 représentant le résonateur 12, le couplage piézoélectrique est réalisé grâce à un dépôt de nitrure d'aluminium dans la région centrale du bras 18, à l'endroit où les déformations d'allongement induites par la flexion planaire des bras 18 sont les plus importantes, soit vers l'intérieure du diapason comme illustré sur la figure 1 , soit vers l'extérieure. Cette zone rectangulaire se prolonge vers l'arrière le long des bras 18 par l'intermédiaire d'une bande mince jusqu'à une zone de connexion sur laquelle peut être soudé un fil de connexion électrique. La couche de nitrure d'aluminium est recouverte d'une couche conductrice (platine, aluminium, AISi ou autre alliage conducteur), couche qui est aussi déposée directement sur le substrat pour former des plots de connexion électrique à ce dernier.[027] In known manner, the actuation means of the resonator 12 may be piezoelectric type or electrostatic type. [028] According to an advantageous variant of the invention, the resonator is excited by piezoelectric effect, for example, by means of a layer of aluminum nitride, also known under the acronym "AIN", between two electrodes. As indicated in FIG. 1, representing the resonator 12, the piezoelectric coupling is achieved thanks to a deposition of aluminum nitride in the central region of the arm 18, at the location where the elongation deformations induced by the planar flexion of the arms 18 are the most important, either towards the inside of the tuning fork as shown in Figure 1, or towards the outside. This rectangular zone extends backwards along the arms 18 via a thin strip to a connection area on which can be welded an electrical connection wire. The aluminum nitride layer is covered with a conductive layer (platinum, aluminum, AISi or other conductive alloy), which layer is also deposited directly on the substrate to form electrical connection pads to the latter.

[029] Dans le cas où le silicium formant substrat ne serait pas dopé, il y aurait lieu de prévoir une seconde électrode entre le substrat et la couche de nitrure d'aluminium. Cette seconde électrode est, de préférence, réalisée en platine, matériau se prêtant particulièrement bien à la croissance du nitrure d'aluminium. Une électrode en molybdène pourrait également convenir. [030] Le substrat est par exemple une plaque de silicium 100 dont la face inférieure est en oxyde de silicium. De telles plaques sont appelées "SOI" de l'anglais Silicium On Insulator, ce qui signifie silicium sur isolant. En pratique, les SOI ont une base en silicium épais comportant une couche mince de SiÛ2 sur laquelle a été réalisée une couche mince de silicium. [031] Selon une autre variante de l'invention, les moyens d'actuation 14 peuvent aussi être du type électrostatique. Dans ce cas, ils comprendront deux électrodes dont l'une pourra être réalisée sur la face transversale ou longitudinale de l'extrémité libre des bras et l'autre sur un support disposé en regard de la première. Par l'application d'une tension alternative entre les deux électrodes, il est possible de faire osciller les bras. Les tensions requises sont, toutefois, élevées, ce qui rend ce type d'actuation moins attrayant par rapport à la variante piézoélectrique.[029] In the case where the substrate silicon is not doped, it would be necessary to provide a second electrode between the substrate and the aluminum nitride layer. This second electrode is preferably made of platinum, a material which is particularly suitable for the growth of aluminum nitride. A molybdenum electrode could also be suitable. [030] The substrate is for example a silicon plate 100 whose lower face is silicon oxide. Such plates are called "SOI" of English Silicium On Insulator, which means silicon on insulator. In practice, the SOIs have a thick silicon base comprising a thin layer of SiO 2 on which a thin layer of silicon has been made. [031] According to another embodiment of the invention, the actuation means 14 may also be of the electrostatic type. In this case, they will comprise two electrodes, one of which may be made on the transverse or longitudinal face of the free end of the arms and the other on a support disposed opposite the first. By applying an alternating voltage between the two electrodes, it is possible to oscillate the arms. The required voltages are, however, high, which makes this type of actuation less attractive compared to the piezoelectric variant.

[032] Du fait de leur résistance élevée à la rupture et grâce à des procédés d'usinage connus évitant les angles vifs et les amorces de microfissures, l'utilisation de résonateurs en silicium est, notamment par rapport aux diapasons en quartz, particulièrement adaptée pour des accéléromètres dits de choc ou "high shock", qui sont exposés à des accélérations de très forte intensité. [033] Selon les enseignements de l'invention, les deux modes de vibration en flexion planaire "M1" et en torsion "M2" sont couplés cinétiquement (autrement dit par inertie) de manière que l'excitation du mode de vibration en flexion planaire "M1" fait apparaître un contenu de torsion par couplage avec le premier mode de vibration en torsion "M2". Le résonateur 12 comporte ainsi un mode de vibration couplé "M 12", proche de la flexion planaire, mais à une fréquence "F12" inférieure à la fréquence "F1" du mode de flexion non couplé, la fréquence "F2" du mode de torsion non couplé étant supérieure à "F1".[032] Because of their high resistance to fracture and through known machining processes avoiding sharp angles and microcracking primers, the use of silicon resonators is, particularly with respect to quartz tuning forks, particularly suitable for so-called shock accelerometers or "high shock", which are exposed to accelerations of very high intensity. [033] According to the teachings of the invention, the two planar flexion vibration modes "M1" and torsion "M2" are coupled kinetically (in other words by inertia) so that the excitation of the vibration mode in planar flexion "M1" shows torsional content by coupling with the first mode of torsional vibration "M2". The resonator 12 thus comprises a coupled vibration mode "M 12", close to the planar flexion, but at a frequency "F12" lower than the frequency "F1" of the uncoupled bending mode, the frequency "F2" of the mode of unmated twist being greater than "F1".

[034] A cet effet, chaque balourd 24 est agencé sous la face inférieure de l'extrémité libre 20 du bras 18 associé. Plus précisément, les balourds[034] For this purpose, each unbalance 24 is arranged under the lower face of the free end 20 of the associated arm 18. More precisely, the unbalances

24 forment des volants d'inertie pour le contenu de torsion. [035] Le centre de gravité "G" de chaque balourd est agencé à la même distance du plan de référence "P", ici au droit de l'axe longitudinal de chaque bras 18 afin que les mouvements de torsion induits par les déplacements des extrémités lors du mode de vibration en flexion planaire "M1" soient identiques pour les deux bras 18. Dans l'exemple représenté aux figures, les balourds 24 sont identiques en masse et en dimensions, et ils sont agencés de manière identique sous chacun des bras 18.24 form flywheels for torsional content. [035] The center of gravity "G" of each unbalance is arranged at the same distance from the reference plane "P", here to the right of the longitudinal axis of each arm 18 so that the torsional movements induced by the movements of the ends in the planar flexural vibration mode "M1" are identical for the two arms 18. In the example shown in the figures, the unbalances 24 are identical in mass and dimensions, and they are arranged identically in each arm 18.

[036] De manière générale, les deux bras équipés de leur balourd 24 ont des moments d'inertie identiques au moins selon leur axe principal[036] In general, the two arms equipped with their unbalance 24 have moments of inertia identical at least along their main axis

"A"."AT".

[037] Lorsque le résonateur 12 n'est soumis à aucune accélération, ses bras 18 sont compris dans le plan de référence "P". Sa fréquence propre "F12" est alors égale à une fréquence propre de référence "F12ref".[037] When the resonator 12 is not subject to any acceleration, its arms 18 are included in the reference plane "P". Its natural frequency "F12" is then equal to a reference natural frequency "F12ref".

[038] Ainsi, comme représenté à la figure 5A, lorsque les bras 18 oscillent en flexion planaire, les extrémités libres 20 des bras 18 se déplacent transversalement dans le plan de référence. Le déplacement transversal du balourd 24 est retardé par la force d'inertie qui s'applique à son centre de gravité "G". Le centre de gravité "G" du balourd 24 étant décalé vers le bas par rapport à la ligne de déplacement des extrémités libres 20, la force d'inertie qui est opposée au déplacement des bras 18 retient le balourd 24 et induit un couple sur le bras 18, provoquant ainsi une rotation de l'extrémité libre 20 du bras 18.[038] Thus, as shown in FIG. 5A, when the arms 18 oscillate in planar flexion, the free ends 20 of the arms 18 move transversely in the reference plane. The transverse displacement of the unbalance 24 is delayed by the force of inertia which applies to its center of gravity "G". The center of gravity "G" of the unbalance 24 being shifted downwardly relative to the line of displacement of the free ends 20, the inertial force which is opposite to the displacement of the arms 18 retains the unbalance 24 and induces a torque on the arm 18, thus causing rotation of the free end 20 of the arm 18.

[039] Ainsi, l'extrémité libre 20 de chaque bras 18 est animée d'oscillations transverses selon l'axe T et de rotations autour de l'axe L, en opposition de phase relativement aux deux bras du diapason.[039] Thus, the free end 20 of each arm 18 is driven by transverse oscillations along the axis T and rotations about the axis L, in phase opposition relative to the two arms of the tuning fork.

[040] Lorsque le résonateur 12 est soumis à une accélération négative dirigée de haut en bas selon l'axe sensible "Z", comme représenté à la figure 4, les bras 18 fléchissent conjointement vers le bas hors du plan de référence à la manière de poutres encastrées, les flèches des bras 18 étant identiques. L'extrémité libre 20 des bras 18 est alors agencée au-dessous du plan de référence.[040] When the resonator 12 is subjected to a negative acceleration directed up and down along the sensitive axis "Z", as shown in FIG. 4, the arms 18 jointly bend downwards out of the reference plane in the manner of embedded beams, the arrows of the arms 18 being identical. The free end 20 of the arms 18 is then arranged below the reference plane.

[041] Comme représenté à la figure 5C, on montre que la fréquence propre "F12" du mode de vibration "M12" en flexion planaire couplé en torsion augmente par rapport à la fréquence propre de référence "F12ref" . En effet, la flexion vers le bas des bras, due à la composante négative de l'accélération liée à la torsion des bras oscillant en opposition de phase d'un bras par rapport à l'autre entraine, une diminution de l'excursion transverse selon l'axe T, aussi bien des bras[041] As shown in FIG. 5C, it is shown that the natural frequency "F12" of the torsionally coupled planar flexion mode "M12" increases with respect to the reference natural frequency "F12ref". Indeed, the bending down of the arms, due to the negative component of the acceleration due to the torsion of the oscillating arms in phase opposition of one arm with respect to the other one, a decrease of the transverse excursion along the T axis, both arms

18 que des masses 24, et par là même une diminution de l'énergie cinétique de l'ensemble, sans pour autant modifier l'énergie élastique et l'énergie libre du système (somme des énergies élastique et cinétique), ce qui se traduit par une augmentation de fréquence proportionnellement à l'inverse de la moitié de la variation d'énergie cinétique, cette dernière étant proportionnelle au carré de la fréquence.18 masses, and thereby a decrease in the kinetic energy of the assembly, without modifying the elastic energy and the free energy of the system (sum of elastic and kinetic energies), which translates by a frequency increase proportionally to the inverse of half the kinetic energy variation, the latter being proportional to the square of the frequency.

[042] Au contraire, lorsque le résonateur 12 est soumis à une accélération positive dirigée de bas en haut selon l'axe sensible "Z", comme illustré à la figure 5B, les bras 18 fléchissent conjointement vers le haut hors du plan de référence à la manière de poutres encastrées, les flèches des bras 18 étant identiques. L'extrémité libre 20 des bras 18 est alors agencée au-dessus du plan de référence.[042] On the contrary, when the resonator 12 is subjected to a positive acceleration directed from bottom to top along the sensitive axis "Z", as illustrated in FIG. 5B, the arms 18 bend together upwards out of the reference plane. in the manner of embedded beams, the arrows of the arms 18 being identical. The free end 20 of the arms 18 is then arranged above the reference plane.

[043] On montre que la fréquence propre "F12" du mode de vibration combiné "M12" en flexion planaire couplé en torsion diminue par rapport à la fréquence propre de référence "F12ref" . En effet, la flexion vers le haut des bras, due à la composante positive de l'accélération liée à la torsion des bras oscillant en opposition de phase d'un bras par rapport à l'autre, entraine une augmentation de l'excursion transverse selon l'axe T, aussi bien des bras 18 que des balourds 24, et par là même une augmentation de l'énergie cinétique de l'ensemble, sans pour autant modifier l'énergie élastique et l'énergie libre du système (somme des énergies élastique et cinétique), ce qui se traduit par une diminution de fréquence proportionnellement à l'inverse de la moitié de la variation d'énergie cinétique, cette dernière étant proportionnelle au carré de la fréquence.[043] It is shown that the natural frequency "F12" of the combined vibration mode "M12" in planar flexion coupled in torsion decreases with respect to the reference natural frequency "F12ref". Indeed, the upward bending of the arms, due to the positive component of the acceleration due to the torsion of the oscillating arms in phase opposition of one arm relative to the other, causes an increase in the transverse excursion. along the axis T, both arms 18 and unbalances 24, and thereby an increase in the kinetic energy of overall, without modifying the elastic energy and the free energy of the system (sum of the elastic and kinetic energies), which results in a decrease of frequency proportionally to the inverse of half of the variation of kinetic energy, the latter being proportional to the square of the frequency.

[044] La fréquence propre "F12" du résonateur 12 est ainsi linéairement proportionnelle à l'amplitude de la flèche de l'extrémité libre 20 des bras 18. La fréquence propre "F12" du résonateur 12 varie ainsi linéairement avec l'intensité de l'accélération, l'intensité pouvant être positive ou négative suivant son sens selon la direction de l'axe sensible "Z".[044] The natural frequency "F12" of the resonator 12 is thus linearly proportional to the amplitude of the deflection of the free end 20 of the arms 18. The natural frequency "F12" of the resonator 12 thus varies linearly with the intensity of the the acceleration, the intensity being positive or negative depending on the direction in the direction of the sensitive axis "Z".

[045] Avantageusement, les balourds 24 sont réalisés en une seule pièce venue de matière avec le résonateur 12. Par exemple, le résonateur 12 est fabriqué par attaque profonde d'une plaque de silicium selon des procédés d'usinage déjà connus.[045] Advantageously, the unbalances 24 are made in one piece integral with the resonator 12. For example, the resonator 12 is manufactured by deep etching of a silicon wafer according to already known machining methods.

[046] Le résonateur 12 est ici constitué d'un matériau monocristallin tel que du silicium monocristallin, l'axe principal du diapason étant orienté selon la direction <100> ou <110> d'une plaque (001), de manière à ce que l'élasticité planaire soit orthotrope (c'est-à-dire que la quadrique élastique soit à double symétrie axiale).[046] The resonator 12 is made of a monocrystalline material such as monocrystalline silicon, the main axis of the tuning fork being oriented in the <100> or <110> direction of a plate (001), so that that the planar elasticity is orthotropic (that is to say that the elastic quadric is with double axial symmetry).

[047] Selon une variante de l'invention, le résonateur 12 est réalisé en matériau monocristallin anisotrope tel que du quartz ou du silicium. Le couplage entre le premier mode de vibration en flexion planaire "M1" et le premier mode de vibration en torsion "M2" est alors réalisé à la fois de manière cinétique et élastique.[047] According to a variant of the invention, the resonator 12 is made of anisotropic monocrystalline material such as quartz or silicon. The coupling between the first planar flexural vibration mode "M1" and the first torsional vibration mode "M2" is then performed both kinetically and elastically.

[048] Les balourds 24 forment avantageusement des masses sismiques qui favorisent la flexion des bras 18 perpendiculairement au plan de référence "P" pour augmenter encore la sensibilité de l'accéléromètre 10. [049] On montre qu'en première approximation, la sensibilité de la fréquence propre "F12" à l'accélération est indépendante de la largeur transversale des bras 18.[048] The unbalances 24 advantageously form seismic masses which promote the flexion of the arms 18 perpendicularly to the reference plane "P" to further increase the sensitivity of the accelerometer 10. [049] It is shown that, as a first approximation, the sensitivity of the natural frequency "F12" to the acceleration is independent of the transverse width of the arms 18.

[050] L'accéléromètre 10 équipé d'un résonateur 12 selon l'invention présente une grande sensibilité sur une vaste plage d'intensités d'accélération.[050] The accelerometer 10 equipped with a resonator 12 according to the invention has a high sensitivity over a wide range of acceleration intensities.

[051] En effet, la sensibilité à l'accélération du résonateur 12 en flexion est fortement amplifiée en remplaçant ou en améliorant le couplage élastique des deux modes de vibration "M1 , M2" par un couplage cinétique (autrement dit, par inertie) équivalent.[051] Indeed, the sensitivity to the acceleration of the resonator 12 in flexion is greatly amplified by replacing or improving the elastic coupling of the two modes of vibration "M1, M2" by a kinetic coupling (in other words, by inertia) equivalent .

[052] Un tel accéléromètre 10 permet par exemple d'atteindre une sensibilité pouvant dépasser 3500 ppm/g dans une plage de fréquences "F12" qui s'étend de 10 kHz à 100 kHz.[052] Such an accelerometer 10 allows for example to reach a sensitivity that can exceed 3500 ppm / g in a frequency range "F12" which extends from 10 kHz to 100 kHz.

[053] De plus, la variation de la fréquence propre "F12" étant linéairement proportionnelle à l'intensité de l'accélération mesurée, l'utilisation de l'accéléromètre n'est pas limitée à une plage restreinte de mesures.[053] Moreover, the variation of the natural frequency "F12" being linearly proportional to the intensity of the acceleration measured, the use of the accelerometer is not limited to a restricted range of measurements.

[054] La fréquence propre d'un tel résonateur 12 est susceptible de varier légèrement en fonction de la température. Cependant, le résonateur[054] The natural frequency of such a resonator 12 is likely to vary slightly depending on the temperature. However, the resonator

12 réalisé selon les enseignements de l'invention est suffisamment sensible à l'accélération pour que la température n'altère pas sensiblement la mesure de l'intensité de l'accélération. Néanmoins, selon l'enseignement de la demande de brevet PCT/EP2007/060641 un diapason découpé dans une plaque SOI comporte des couches externes en oxyde de silicium qui permettent de compenser tout ou partie de la dérive thermique.12 realized according to the teachings of the invention is sufficiently sensitive to acceleration so that the temperature does not substantially alter the measurement of the intensity of the acceleration. However, according to the teaching of patent application PCT / EP2007 / 060641 a tuning fork cut in an SOI plate comprises outer layers of silicon oxide which make it possible to compensate for all or part of the thermal drift.

[055] De plus, le résonateur 12 proposé présente une structure très résistante aux chocs, qui peut par exemple supporter une accélération selon son axe sensible "Z" d'une intensité de plus de 10000 g et/ou une accélération de la rotation d'une intensité de plus de 7000 g. mm sans que le résonateur 12 ne soit endommagé. De plus, le résonateur 12 est hautement résilient de manière que le résonateur 12 puisse récupérer ses propriétés d'origines après un choc. [055] In addition, the proposed resonator 12 has a very shock resistant structure, which can for example support an acceleration along its sensitive axis "Z" of an intensity of more than 10000 g and / or an acceleration of the rotation of an intensity of more than 7000 g. mm without the resonator 12 being damaged. In addition, the resonator 12 is highly resilient so that the resonator 12 can recover its original properties after an impact.

Claims

Revendications claims 1 . Accéléromètre (10) résonant qui est susceptible de mesurer la composante d'une accélération selon un axe sensible (Z) et qui comporte:1. A resonant accelerometer (10) which is capable of measuring the component of an acceleration along a sensitive axis (Z) and which comprises: - un résonateur (12) en forme de diapason comportant deux bras (1 8) longitudinaux plats identiques parallèles entre eux qui s'étendent depuis une extrémité encastrée (22) jusqu'à une extrémité libre (20) dans un plan de référence (P) orthogonal à l'axe sensible (Z), les deux bras (18) étant susceptibles d'osciller selon un premier mode de vibration en flexion planaire (M1) et selon un premier mode de vibration en torsion (M2) autour de leur axe longitudinal, ces deux modes de vibration étant couplés l'un à l'autre et définissant un mode de vibration couplé (M12) possédant une fréquence propre de vibration (F12) ; et- a tuning fork resonator (12) comprising two identical parallel flat longitudinal arms (1 8) extending from a recessed end (22) to a free end (20) in a reference plane (P); ) orthogonal to the sensitive axis (Z), the two arms (18) being able to oscillate according to a first planar flexural vibration mode (M1) and according to a first mode of torsional vibration (M2) around their axis longitudinal, these two modes of vibration being coupled to each other and defining a coupled vibration mode (M12) having a natural frequency of vibration (F12); and - des moyens d'actuation (14) qui excitent l'oscillation des bras (18) du résonateur (12) à la fréquence propre de vibration (F12) ; une accélération selon l'axe sensible (Z) provoquant une flexion conjointe des bras (18) hors du plan de référence (P), la fréquence propre (F12) du résonateur (12) variant linéairement par rapport à l'amplitude de la flèche des bras (18), caractérisé en ce que le couplage est obtenu de manière cinétique par l'agencement sur chaque bras (18) d'un balourd (24) dont le centre de gravité (G) est décalé par rapport au plan de référence (P) de façon à induire une torsion des bras (18) lors de leurs oscillations transversales.actuation means (14) which excite the oscillation of the arms (18) of the resonator (12) at the natural vibration frequency (F12); an acceleration along the sensitive axis (Z) causing a joint bending of the arms (18) out of the reference plane (P), the natural frequency (F12) of the resonator (12) varying linearly with respect to the amplitude of the deflection arms (18), characterized in that the coupling is obtained kinetically by the arrangement on each arm (18) of an unbalance (24) whose center of gravity (G) is offset relative to the reference plane (P) so as to induce torsion of the arms (18) during their transverse oscillations. 2. Accéléromètre (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'un balourd (24) est agencé sous l'extrémité libre (20) de chaque bras2. Accelerometer (10) according to the preceding claim, characterized in that an unbalance (24) is arranged under the free end (20) of each arm (18).(18). 3. Accéléromètre (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les balourds (24) sont réalisés venus de matière avec les bras (18).3. Accelerometer (10) according to the preceding claim, characterized in that the imbalances (24) are made integrally with the arms (18). 4. Accéléromètre (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les balourds (24) forment des masses sismiques qui favorisent la flexion des bras (18) hors du plan de référence lorsque l'accéléromètre (10) est soumis à une accélération selon son axe sensible (Z).4. Accelerometer (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that the unbalances (24) form masses seismic devices which promote bending of the arms (18) out of the reference plane when the accelerometer (10) is subjected to acceleration along its sensitive axis (Z). 5. Accéléromètre (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le résonateur (12) est réalisé en un matériau monocristallin.5. Accelerometer (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that the resonator (12) is made of a monocrystalline material. 6. Accéléromètre (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le résonateur (12) est réalisé en silicium.6. Accelerometer (10) according to the preceding claim, characterized in that the resonator (12) is made of silicon. 7. Accéléromètre (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le résonateur (12) présente une élasticité orthotrope.7. Accelerometer (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that the resonator (12) has an orthotropic elasticity. 8. Accéléromètre (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens d'actuation (14) sont de type piézoélectrique et comportent une couche de nitrure d'aluminium déposée sur une face de chaque bras (18).8. Accelerometer (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that the actuating means (14) are piezoelectric type and comprise a layer of aluminum nitride deposited on one side of each arm (18) . 9. Accéléromètre (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les moyens d'actuation (14) sont de type électrostatique.9. Accelerometer (10) according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the actuating means (14) are of the electrostatic type. 10. Accéléromètre (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les moyens d'actuation de type électrostatique (14) sont agencés à l'avant de l'extrémité libre (20) des bras (18). 10. Accelerometer (10) according to the preceding claim, characterized in that the actuation means of the electrostatic type (14) are arranged in front of the free end (20) of the arms (18).
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