FR2706038A1 - Force measuring device. - Google Patents
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Abstract
L'accéléromètre est du type capacitif à compensation de charge. Il est caractérisé en ce qu'il comporte deux circuits capacitifs (12a, 12b) supplémentaires destinés à compenser l'effet des capacités parasites du capteur accélérométrique (2). Les deux circuits capacitifs sont connectés chacun par un premier côté à l'électrode mobile (9) du capteur (2) et par un deuxième côté à des moyens d'alimentation commutable, de manière à ce que les deux circuits capacitifs se chargent et se déchargent en opposition de phase avec le capteur capactitif.The accelerometer is of the capacitive type with charge compensation. It is characterized in that it comprises two additional capacitive circuits (12a, 12b) intended to compensate for the effect of the parasitic capacities of the accelerometric sensor (2). The two capacitive circuits are each connected by a first side to the mobile electrode (9) of the sensor (2) and by a second side to switchable supply means, so that the two capacitive circuits are charged and discharge in phase opposition with the capacitive sensor.
Description
DISPOSITIF DE MESURE D'UNE FORCE
La présente invention concerne un dispositif de mesure d'une force telle que par exemple une force d'inertie correspondant à une accélération du dispositif.DEVICE FOR MEASURING A FORCE
The present invention relates to a device for measuring a force such as for example an inertial force corresponding to an acceleration of the device.
Plus précisément, l'invention concerne un tel dispositif de mesure dans lequel la force mesurée agit sur une lame suspendue élastiquement et formant l'une des armatures de deux condensateurs. More specifically, the invention relates to such a measuring device in which the force measured acts on a blade suspended elastically and forming one of the armatures of two capacitors.
On connaît de nombreux dispositifs de mesure correspondant à la définition ci-dessus. Parmi ces dispositifs, l'invention concerne plus particulièrement les dispositifs du type dit "à compensation de charge". Numerous measurement devices are known which correspond to the above definition. Among these devices, the invention relates more particularly to devices of the type known as "load compensation".
Un tel dispositif de mesure est décrit dans un article paru dans la revue "Sensors and Actuators" A21-A23 (1990), pages 278 à 281 et dont les deux auteurs sont H. Such a measurement device is described in an article published in the journal "Sensors and Actuators" A21-A23 (1990), pages 278 to 281 and the two authors of which are H.
Leuthold et l'auteur de la présente invention.Leuthold and the author of the present invention.
Le dispositif décrit dans ce document antérieur comprend un capteur capacitif dans lequel une lame suspendue élastiquement forme l'armature mobile de deux condensateurs. Ladite lame étant prévue pour se déplacer lorsqu'elle est soumise à une force dont on désire connaître l'intensité, de manière à faire varier les capacités des deux condensateurs. Le dispositif de mesure comprend encore des moyens électroniques pour fournir en sortie une tension qui est fonction des deux capacités et qui est donc représentative de la position de ladite lame mobile. C'est en raison du mode de fonctionnement particulier desdits moyens électroniques, que ledit dispositif est dit "à compensation de charge". Nous allons maintenant décrire ce mode de fonctionnement. The device described in this prior document comprises a capacitive sensor in which an elastically suspended blade forms the movable frame of two capacitors. Said blade being designed to move when it is subjected to a force whose intensity is desired, so as to vary the capacities of the two capacitors. The measuring device also comprises electronic means for supplying a voltage at the output which is a function of the two capacities and which is therefore representative of the position of said movable blade. It is because of the particular mode of operation of said electronic means that said device is said to be "with load compensation". We will now describe this mode of operation.
La figure 1 représente de façon schématique un exemple de capteur capacitif connu et apte à fonctionner dans le dispositif décrit dans l'article susmentionné. Ce capteur comprend une lame mobile 9 prise en sandwich entre deux électrodes fixes 3 et 5, un espace étant ménagé entre chacune des électrodes 3,5 et la lame mobile 9 pour permettre à celle-ci de se déplacer sous l'effet d'une force. La première électrode fixe 3 et la lame mobile 9 forment ensemble un premier condensateur de capacité C(a). FIG. 1 schematically represents an example of a known capacitive sensor capable of operating in the device described in the above-mentioned article. This sensor comprises a movable blade 9 sandwiched between two fixed electrodes 3 and 5, a space being provided between each of the electrodes 3.5 and the movable blade 9 to allow the latter to move under the effect of a strength. The first fixed electrode 3 and the movable blade 9 together form a first capacitor of capacity C (a).
La lame mobile 9 forme également avec la deuxième électrode fixe 5 un deuxième condensateur de capacité
C(b). En position de repos, c'est à dire en l'absence d'une force, la lame mobile 9 se trouve à une même distance do de chacune des électrodes 3 et 5. En supposant que les deux condensateurs se comportent comme des condensateurs plan, on obtient la relation suivante entre le déplacement Ad de la lame mobile 9 hors de sa position d'équilibre sous l'effet d'une force, et les deux capacités C(a) et C(b).The movable blade 9 also forms with the second fixed electrode 5 a second capacitor
C (b). In the rest position, that is to say in the absence of a force, the movable blade 9 is at the same distance do from each of the electrodes 3 and 5. Assuming that the two capacitors behave like plane capacitors , the following relationship is obtained between the displacement Ad of the movable blade 9 out of its equilibrium position under the effect of a force, and the two capacities C (a) and C (b).
Ad C (a) -C (b)
do (a) C (b)
Si l'on place les deux électrodes fixes 3 et 5 du capteur capacitif à deux potentiels différents notés respectivement Vo et -Vo, des charges notées Q(a) et Q(b) respectivement vont s'accumuler dans les armatures des deux condensateurs. La lame mobile 9 jouant à la fois le rôle d'armature pour le premier et le deuxième condensateur, sa première face portera une charge -Q(a) alors que sa deuxième face portera simultanément une charge Q(b). La charge totale portée par la lame mobile 9 sera donc égale à Q(b)-Q(a). De plus, la différence entre les charges Q(a) et Q(b) des deux condensateurs dépend du potentiel électrostatique Vm auquel se trouve la lame 9 selon la relation:
AQ = Q(a) - Q(b) = C(a) (Vo - Vm) - C(b) (Vo + Vm) (pour obtenir cette relation on a fixé le zéro du potentiel à mi-chemin entre les potentiels des deux électrodes fixes).Ad C (a) -C (b)
do (a) C (b)
If the two fixed electrodes 3 and 5 of the capacitive sensor are placed at two different potentials denoted Vo and -Vo respectively, charges denoted Q (a) and Q (b) respectively will accumulate in the armatures of the two capacitors. The movable blade 9 playing both the role of armature for the first and the second capacitor, its first face will carry a charge -Q (a) while its second face will simultaneously bear a charge Q (b). The total load carried by the movable blade 9 will therefore be equal to Q (b) -Q (a). In addition, the difference between the charges Q (a) and Q (b) of the two capacitors depends on the electrostatic potential Vm at which the blade 9 is found according to the relationship:
AQ = Q (a) - Q (b) = C (a) (Vo - Vm) - C (b) (Vo + Vm) (to obtain this relation we fixed the zero of the potential halfway between the potentials of the two fixed electrodes).
La relation ci-dessus nous permet de déterminer que la charge totale Q(b) - Q(a) portée par la lame mobile 9 sera nulle lorsque:
C (a) C (b)
Vm = . Vo C (a) +C (b)
Les moyens électroniques décrits dans l'article cité plus haut fonctionnent en ajustant toujours le potentiel
Vm de la lame mobile 9 de manière à annuler tout écoulement de charges de ou vers celle-ci, et donc à maintenir nulle sa charge totale. C'est en vertu de ce mode particulier de fonctionnement que les dispositifs de ce type sont dit "à compensation de charge".The above relation allows us to determine that the total load Q (b) - Q (a) carried by the moving blade 9 will be zero when:
C (a) C (b)
Vm =. Vo C (a) + C (b)
The electronic means described in the article cited above work by always adjusting the potential
Vm of the movable blade 9 so as to cancel any flow of charges from or towards it, and therefore to maintain zero its total charge. It is by virtue of this particular mode of operation that devices of this type are said to be "with load compensation".
Comme on peut s'en rendre compte d'après les relations données plus haut, la tension Vm que les moyens électroniques d'un dispositif à compensation de charge produisent et fournissent en sortie, présente l'avantage de dépendre de façon linéaire du déplacement Ad de la lame mobile. As can be seen from the relationships given above, the voltage Vm that the electronic means of a charge compensation device produce and supply at output has the advantage of being linearly dependent on the displacement Ad of the movable blade.
En raison des dérives inévitables dans les moyens électroniques, le procédé selon lequel fonctionne le dispositif doit comprendre, peu de temps avant la mesure proprement dite, une étape pendant laquelle une tension nulle est établie entre la lame mobile 9 et les électrodes fixes 3 et 5 de manière à décharger complètement les deux condensateurs. Due to the inevitable drifts in the electronic means, the method according to which the device operates must include, shortly before the actual measurement, a step during which a zero voltage is established between the moving blade 9 and the fixed electrodes 3 and 5 so as to completely discharge the two capacitors.
Les deux électrodes fixes 3 et 5 peuvent ensuite pendant une étape ultérieure du procédé, être mises sous tension. Si la lame mobile s'est déplacée depuis l'étape de mise sous tension précédente, cette nouvelle mise sous tension produit un écoulement de charges à partir de ou vers la lame mobile et cet écoulement est intégré par les moyens électroniques pour déterminer la correction qu'il faut apporter au potentiel Vm de la lame mobile 9 pour neutraliser l'écoulement de charges et donc maintenir sensiblement nulle la charge de la lame mobile 9. The two fixed electrodes 3 and 5 can then, during a later stage of the process, be energized. If the movable blade has moved since the previous energizing step, this new energization produces a flow of charges from or to the movable blade and this flow is integrated by electronic means to determine the correction that 'The potential Vm of the moving blade 9 must be brought to neutralize the flow of charges and therefore maintain the charge of the moving blade 9 substantially zero.
Pour obtenir une mesure quasi-continue de la position de la lame mobile, les moyens électroniques opèrent de façon cyclique, une première étape de mise à zéro de la tension entre les électrodes précédant chaque fois une deuxième étape de mesure et de compensation de la charge. Cette manière de procéder fournit une mesure échantillonnée de l'intensité de la force agissant sur la lame mobile. To obtain a quasi-continuous measurement of the position of the moving blade, the electronic means operate cyclically, a first step of zeroing the voltage between the electrodes each time preceding a second step of measuring and compensating the charge. . This procedure provides a sampled measure of the intensity of the force acting on the moving blade.
Un tel dispositif présente des défauts. En effet, un tel capteur capacitif comprend toujours, ne serait-ce qu'en raison de la présence de moyens de connexions destinés à relier le capteur aux moyens électroniques, des capacités parasites, qui sont désignées ci-après Cp(a) et
Cp(b) et dont la valeur ne dépend pas sensiblement de la position de la lame mobile 9. La capacité réelle d'un condensateur du capteur capacitif est donc égale à la somme de sa capacité idéale C et de sa capacité parasite
Cp, et dans ces conditions, la tension Vm fournie en sortie du dispositif de mesure sera donnée par la relation:
C (a) C C (b) + Cp
Vm - (a) (b) (a) - CP(b)
C (au + C (b) + Cp (a) + CP(b)
Comme on peut s'en rendre compte, le potentiel Vm fourni en sortie du dispositif ne dépend plus de façon linéaire du déplacement Ad de la lame mobile 9 hors de sa position d'équilibre et par conséquent le signal Vm n'est plus non plus directement proportionnel à la force mesurée. Ce comportement non linéaire du dispositif complique considérablement l'interprétation des mesures. Such a device has faults. Indeed, such a capacitive sensor always comprises, if only because of the presence of connection means intended to connect the sensor to the electronic means, parasitic capacitances, which are designated below Cp (a) and
Cp (b) and whose value does not significantly depend on the position of the movable blade 9. The real capacity of a capacitor of the capacitive sensor is therefore equal to the sum of its ideal capacity C and its parasitic capacity
Cp, and under these conditions, the voltage Vm supplied at the output of the measurement device will be given by the relation:
C (a) CC (b) + Cp
Vm - (a) (b) (a) - CP (b)
C (au + C (b) + Cp (a) + CP (b)
As can be seen, the potential Vm supplied at the output of the device no longer depends linearly on the displacement Ad of the movable blade 9 out of its equilibrium position and therefore the signal Vm is no longer either directly proportional to the force measured. This non-linear behavior of the device considerably complicates the interpretation of the measurements.
Si le capteur capacitif est de construction sensiblement symétrique, les deux capacités parasites
Cp(a) et Cp(b) seront sensiblement égales et la tension Vm sera donnée par:
C C
Vm =
C (a) + C (b) + 2 Cp
Cette dernière expression montre que les capacités parasites ont pour effet de faire baisser le gain du dispositif de mesure. Cette dernière caractéristique constitue un deuxième inconvénient qui peut être gênant même dans des applications qui ne nécessitent pas une réponse linéaire du dispositif.If the capacitive sensor is of substantially symmetrical construction, the two parasitic capacitances
Cp (a) and Cp (b) will be substantially equal and the voltage Vm will be given by:
CC
Vm =
C (a) + C (b) + 2 Cp
This last expression shows that the parasitic capacities have the effect of lowering the gain of the measurement device. This last characteristic constitutes a second drawback which can be annoying even in applications which do not require a linear response of the device.
La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients de l'art antérieur. A cet effet, elle fournit un dispositif de mesure d'une force, notamment d'une force d'inertie correspondant à une accélération, comprenant,
- un capteur capacitif comportant deux condensateurs, une première armature de chacun desdits condensateurs étant reliée électriquement aux mêmes premier moyens de connexion, et des deuxièmes armatures desdits condensateurs étant reliées respectivement à des deuxièmes et à des troisièmes moyens de connexion, ladite première armature d'au moins un desdits condensateurs étant en outre formée par une lame mobile suspendue élastiquement et susceptible d'être soumise à ladite force de manière à faire varier la capacité d'au moins un desdits condensateurs, ledit dispositif de mesure comprenant encore,
- des premiers moyens d'alimentation en tension pour dans une première étape amener lesdites deuxièmes armatures au potentiel desdites premières armatures de manière à décharger lesdits condensateurs, et pour dans une deuxième étape porter chacune desdites deuxièmes armatures à un potentiel différent pour permettre la mesure, ledit dispositif de mesure comprenant encore,
- des moyens de mesure et de compensation de charge pour fournir une tension qui est employée d'une part comme signal de sortie représentatif de ladite force, et qui d'autre part est utilisée pour maintenir lesdites premières armatures à un potentiel tel que le courant circulant par lesdits premiers moyens de connexion durant ladite deuxième étape soit sensiblement nul,
ledit dispositif de mesure étant caractérisé en ce qu'il comporte encore
- une paire de circuits capacitifs connectés chacun par un premier côté auxdites premières armatures est par un deuxième côté à des deuxièmes moyens d'alimentation en tension pour pendant ladite première étape porter ledit deuxième côté de chaque circuit capacitif à un potentiel différent pour charger ledit circuit capacitif, et pour pendant ladite deuxième étape amener lesdits deuxièmes côtés au potentiel desdites premières armatures pour décharger lesdits circuits capacitifs.The object of the present invention is to remedy the drawbacks of the prior art. To this end, it provides a device for measuring a force, in particular an inertial force corresponding to an acceleration, comprising,
a capacitive sensor comprising two capacitors, a first armature of each of said capacitors being electrically connected to the same first connection means, and second armatures of said capacitors being connected respectively to second and to third connection means, said first armature at least one of said capacitors being further formed by a movable blade resiliently suspended and capable of being subjected to said force so as to vary the capacity of at least one of said capacitors, said measuring device further comprising,
first voltage supply means for, in a first step, bringing said second plates to the potential of said first plates so as to discharge said capacitors, and for in a second stage bringing each of said second plates to a different potential to allow measurement, said measurement device further comprising,
- load measurement and compensation means to supply a voltage which is used on the one hand as an output signal representative of said force, and which on the other hand is used to maintain said first armatures at a potential such as current circulating by said first connection means during said second step is substantially zero,
said measuring device being characterized in that it further comprises
a pair of capacitive circuits each connected by a first side to said first armatures is by a second side to second voltage supply means for during said first step bringing said second side of each capacitive circuit to a different potential for charging said circuit capacitive, and for during said second step bringing said second sides to the potential of said first armatures to discharge said capacitive circuits.
Grâce à ces caractéristiques, l'enchaînement des étapes de charge et de décharge desdits circuits capacitifs se déroule sensiblement à contre-phase, c'està-dire en opposition de phase, avec l'enchaînement des étapes de charge et de décharge desdites armatures du capteur Ainsi, on peut dire que la paire de condensateurs formant le capteur et la paire de circuits capacitifs sont chargés en alternance, de sorte que si les capacités des deux circuits capacitifs sont choisies respectivement égales aux deux capacités parasites du capteur, la quantité de charges libérées au passage de la première étape à la deuxième par la décharge des circuits capacitifs sera égale à la quantité de charges absorbées durant cette même transition pour charger les capacités parasites. La présence des deux circuits capacitifs permet donc de compenser l'effet des capacités parasites et notamment de supprimer la non-linéarité du dispositif de mesure. Thanks to these characteristics, the sequence of the charging and discharging stages of said capacitive circuits takes place substantially in counter-phase, that is to say in phase opposition, with the sequence of the stages of charging and discharging of said armatures of the sensor Thus, it can be said that the pair of capacitors forming the sensor and the pair of capacitive circuits are charged alternately, so that if the capacities of the two capacitive circuits are chosen respectively equal to the two parasitic capacities of the sensor, the quantity of charges released on passing from the first stage to the second by the discharge of the capacitive circuits will be equal to the quantity of charges absorbed during this same transition to charge the stray capacitances. The presence of the two capacitive circuits therefore makes it possible to compensate for the effect of the stray capacitances and in particular to eliminate the non-linearity of the measurement device.
De façon avantageuse le dispositif de mesure selon l'invention est en outre prévu pour permettre de sélectionner la valeur de la capacité desdits circuits capacitifs. Advantageously, the measuring device according to the invention is further provided to enable the value of the capacity of said capacitive circuits to be selected.
Comme nous l'avons déjà dit plus haut, un des effets des capacités parasites et de faire diminuer le gain du dispositif de mesure. La présence des circuits capacitifs permettant comme on l'a vu de compenser l'effet des capacités parasites, elle permet également d'éliminer la diminution du gain. En choisissant les capacités des deux circuits capacitifs plus grandes que les capacités parasites, on a de plus la possibilité d'augmenter le gain à volonté. Toutefois, si on opte pour cette dernière solution, la réponse du dispositif ne sera plus linéaire. As we have already said above, one of the effects of stray capacitances is to reduce the gain of the measuring device. The presence of the capacitive circuits making it possible, as we have seen, to compensate for the effect of the stray capacitances, it also makes it possible to eliminate the decrease in gain. By choosing the capacities of the two capacitive circuits larger than the parasitic capacities, there is moreover the possibility of increasing the gain at will. However, if we opt for the latter solution, the response of the device will no longer be linear.
Finalement en choisissant les capacités des deux circuits capacitifs de valeur inégale, on peut ajuster à volonté le décalage du zéro du dispositif de mesure. Finally by choosing the capacities of the two capacitive circuits of unequal value, the zero offset of the measuring device can be adjusted as desired.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels
- la figure 1 est un schéma de principe d'un capteur d'accélération capacitif classique;
- la figure 2 est un schéma du circuit électronique d'un mode de réalisation du dispositif de mesure d'une force selon la présente invention;
La figure 2 représente un mode de réalisation du dispositif de mesure d'une force selon l'invention. Ce dispositif désigné généralement par la référence 1 est constitué essentiellement par le circuit électronique du dispositif de mesure d'une force qui est décrit dans l'article de H. Leutold et F. Rudolf dans la revue Sensors and Actuators, A21 - A23 (1990) 278-281, déjà cité dans le préambule de la présente demande. L'ensemble des éléments constituant ce circuit électronique connu est entouré par un cadre en traits interrompus référencé 11 sur la figure 2. A ce circuit électronique connu en soi, est associée une paire de circuits capacitifs 12a, 12b selon la présente invention. Ces deux circuits capacitifs comprennent notamment chacun deux commutateurs (référencés respectivement 15a, 17a et 15b, 17b) et un condensateur (référencé 19a et 19b respectivement).Other characteristics and advantages of the invention will appear on reading the detailed description which follows, given solely by way of example and made with reference to the accompanying drawings, in which
- Figure 1 is a block diagram of a conventional capacitive acceleration sensor;
- Figure 2 is a diagram of the electronic circuit of an embodiment of the force measuring device according to the present invention;
FIG. 2 represents an embodiment of the device for measuring a force according to the invention. This device generally designated by the reference 1 is essentially constituted by the electronic circuit of the device for measuring a force which is described in the article by H. Leutold and F. Rudolf in the journal Sensors and Actuators, A21 - A23 (1990 ) 278-281, already cited in the preamble to this application. The set of elements constituting this known electronic circuit is surrounded by a dashed-line frame referenced 11 in FIG. 2. With this electronic circuit known per se, there is associated a pair of capacitive circuits 12a, 12b according to the present invention. These two capacitive circuits each include two switches (referenced respectively 15a, 17a and 15b, 17b) and a capacitor (referenced 19a and 19b respectively).
Le fonctionnement de l'ensemble des éléments du circuit qui sont désignés globalement par la référence 11 ne sera pas décrit en détail puisqu'il est connu. Ces éléments constituent ensemble un circuit électronique à compensation de charge associé à un capteur capacitif 2. The operation of all the elements of the circuit which are generally designated by the reference 11 will not be described in detail since it is known. These elements together constitute an electronic circuit with charge compensation associated with a capacitive sensor 2.
La fonction de ce circuit électronique est de maintenir la lame mobile 9 qui constitue une armature de chacun des deux condensateurs du capteur 2, à un potentiel Vm telle que la charge totale portée par la lame mobile soit sensiblement nulle. Ce potentiel Vm est représentatif de la force agissant sur la lame mobile 9 et il est fourni comme signal utile en sortie du circuit électronique 11.The function of this electronic circuit is to maintain the movable blade 9 which constitutes an armature of each of the two capacitors of the sensor 2, at a potential Vm such that the total charge carried by the movable blade is substantially zero. This potential Vm is representative of the force acting on the movable blade 9 and it is supplied as a useful signal at the output of the electronic circuit 11.
Précisons que le circuit électronique ci-dessus fonctionne selon un mode cyclique, chaque cycle ou période de celuici se subdivisant essentiellement en une première et deuxième étape. C'est en particulier durant la deuxième étape que le potentiel Vm auquel est maintenu la lame mobile 9 est défini pour le cycle suivant.Note that the above electronic circuit operates in a cyclic mode, each cycle or period thereof being essentially subdivided into a first and second step. It is in particular during the second step that the potential Vm at which the movable blade 9 is maintained is defined for the following cycle.
L'enchaînement des deux étapes du cycle se déroule essentiellement de la façon suivante : durant la première étape du cycle le potentiel Vm de la lame 9 demeure constant et les deux commutateurs 23a et 23b sont fermés. The sequence of the two stages of the cycle takes place essentially in the following manner: during the first stage of the cycle the potential Vm of the blade 9 remains constant and the two switches 23a and 23b are closed.
Dans ces conditions les deux condensateurs du capteur capacitif 2 sont déchargés et leurs armatures se trouvent toutes au potentiel Vm correspondant à la tension en sortie du circuit électronique.Under these conditions the two capacitors of the capacitive sensor 2 are discharged and their armatures are all at potential Vm corresponding to the voltage at the output of the electronic circuit.
Dans la deuxième étape à l'inverse de la première, les interrupteurs 23a et 23b sont ouverts et les interrupteurs 21a et 21b sont fermés, ce qui a pour effet de placer les armatures extérieures du capteur capacitif respectivement au potentiel Vo et -Vo. Dans ces conditions, les deux condensateurs du capteur capacitif sont soumis respectivement à des tensions de valeur (Vo
Vm) et (Vo +Vm). Sous l'effet de ces tensions, les deux condensateurs du capteur capacitif se chargent, le courant de charge circulant à cette occasion entre le circuit électronique 11 et la lame mobile 9 du capteur capacitif 2 est intégré dans un condensateur 27 et entraîne la production par le circuit électronique 11 d'une tension de correction qui a pour effet de définir une nouvelle tension Vm pour le cycle suivant.In the second step, unlike the first, the switches 23a and 23b are open and the switches 21a and 21b are closed, which has the effect of placing the external armatures of the capacitive sensor at the potential Vo and -Vo respectively. Under these conditions, the two capacitors of the capacitive sensor are respectively subjected to value voltages (Vo
Vm) and (Vo + Vm). Under the effect of these voltages, the two capacitors of the capacitive sensor are charged, the charge current flowing on this occasion between the electronic circuit 11 and the movable blade 9 of the capacitive sensor 2 is integrated in a capacitor 27 and causes the production by the electronic circuit 11 of a correction voltage which has the effect of defining a new voltage Vm for the next cycle.
Comme nous l'avons déjà dit, le schéma de la figure 2 comprend encore deux circuits capacitifs destinés à compenser l'effet des capacités parasites qui sont présentes dans les capteurs capacitifs connus en général, et dans le capteur capacitif 2 de la figure 2 en particulier. As we have already said, the diagram in FIG. 2 further comprises two capacitive circuits intended to compensate for the effect of the stray capacitances which are present in the capacitive sensors known in general, and in the capacitive sensor 2 in FIG. 2 in particular.
Les deux condensateurs 19a et 19b des deux circuits capacitifs ont, comme on l'a déjà dit, pour fonction principale de compenser l'effet qu'ont les capacités parasites du capteur sur la détermination du potentiel Vm. The two capacitors 19a and 19b of the two capacitive circuits have, as has already been said, the main function of compensating for the effect that the parasitic capacitances of the sensor have on the determination of the potential Vm.
Une première armature de chacun de ces condensateurs 19a et 19b est reliée électriquement à la lame mobile 9 du capteur capacitif 2. La deuxième armature d'un premier condensateur 19a est reliée par l'intermédiaire d'un commutateur 15a à une borne d'alimentation positive Vo, alors que la deuxième armature de l'autre condensateur 9b est reliée par l'intermédiaire d'un commutateur 15b à une borne d'alimentation négative -Vo. Finalement une dernière ligne de transmission relie la deuxième armature de chacun des condensateurs 19a et l9b l'un à l'autre par l'intermédiaire des deux commutateurs 17a et 17b.A first frame of each of these capacitors 19a and 19b is electrically connected to the movable blade 9 of the capacitive sensor 2. The second frame of a first capacitor 19a is connected via a switch 15a to a supply terminal positive Vo, while the second armature of the other capacitor 9b is connected via a switch 15b to a negative supply terminal -Vo. Finally a last transmission line connects the second armature of each of the capacitors 19a and 19b to each other via the two switches 17a and 17b.
Conformément à la configuration des connexions qui vient d'être décrite, on voit que la première armature de chaque condensateur 19a et 19b est maintenue au potentiel
Vm tout comme la lame mobile du capteur capacitif 2 auquel elle est reliée. Durant la première étape du cycle, les commutateurs 15a et 15b sont fermés alors que les commutateurs 17a et 17b sont ouverts. Dans ces conditions, le premier condensateur 19a se trouve chargé et soumis à une tension de valeur (Vo -Vm), alors que le deuxième condensateur 19b est également chargé et soumis à une tension de valeur (Vo +Vm). Durant la deuxième étape à l'inverse, les commutateurs 15a et 15b sont ouverts alors que les commutateurs 17a et 17b sont fermés. Dans ces conditions, la deuxième armature de chaque condensateur 19a, 19b se trouve au potentiel Vm et les condensateurs 19a, 19b sont complètement déchargés. De plus le moment auquel les condensateurs 19a et 19b se déchargent correspond au moment où les deux condensateurs du capteur capacitif 2 se chargent.In accordance with the configuration of the connections which has just been described, it can be seen that the first armature of each capacitor 19a and 19b is maintained at the potential
Vm just like the moving blade of the capacitive sensor 2 to which it is connected. During the first stage of the cycle, the switches 15a and 15b are closed while the switches 17a and 17b are open. Under these conditions, the first capacitor 19a is charged and subjected to a value voltage (Vo -Vm), while the second capacitor 19b is also charged and subjected to a value voltage (Vo + Vm). During the second step, conversely, the switches 15a and 15b are open while the switches 17a and 17b are closed. Under these conditions, the second armature of each capacitor 19a, 19b is at the potential Vm and the capacitors 19a, 19b are completely discharged. In addition, the moment at which the capacitors 19a and 19b discharge corresponds to the moment when the two capacitors of the capacitive sensor 2 are charged.
La somme des charges contenues dans les premières armatures des condensateurs 19a, 19b durant la première étape est donnée par la formule déjà citée dans l'introduction
AQ = Q(a) - Q(b) = Cc(a) (Vo - Vm) - Cc(b) (Vo + Vm)
C'est cette charge AQ qui est disponible pour être fournie à la lame mobile 9 lors du passage de la première étape à la deuxième étape. Si les capacités Cc (a) et Cc (b) des condensateurs 19a et 19b sont égales aux deux capacités parasites Cp(a) et Cp(b), le circuit capacitif selon l'invention compensera exactement l'effet des deux capacités parasites.The sum of the charges contained in the first armatures of the capacitors 19a, 19b during the first stage is given by the formula already mentioned in the introduction
AQ = Q (a) - Q (b) = Cc (a) (Vo - Vm) - Cc (b) (Vo + Vm)
It is this charge AQ which is available to be supplied to the movable blade 9 during the passage from the first stage to the second stage. If the capacitors Cc (a) and Cc (b) of the capacitors 19a and 19b are equal to the two parasitic capacitances Cp (a) and Cp (b), the capacitive circuit according to the invention will exactly compensate for the effect of the two parasitic capacitors.
Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, les deux circuits capacitifs 12a et 12b comprendront chacun une pluralité de condensateurs reliés les uns aux autres par l'intermédiaire d'une pluralité de liaisons prévues chacune pour être placées soit dans un état ouvert soit dans un état fermé. Crâce à cet arrangement, il sera possible de sélectionner la valeur de la capacité de chacun des circuits capacitif s 12a et 12b en plaçant sélectivement certaines liaisons dans leur état ouvert et d'autres dans leur état fermé. Ces types de connexions sont bien connus de l'homme du métier, ils peuvent comprendre un fusible ou un commutateur etc., et ils permettent de réaliser soit des circuits dont la capacité est ajustée une fois pour toute, soit des circuits dont la capacité est réglable par l'utilisateur de l'accéléromètre. According to an advantageous characteristic of the invention, the two capacitive circuits 12a and 12b will each comprise a plurality of capacitors connected to each other by means of a plurality of links each intended to be placed either in an open state or in a closed state. Thanks to this arrangement, it will be possible to select the value of the capacity of each of the capacitive circuits s 12a and 12b by selectively placing certain links in their open state and others in their closed state. These types of connections are well known to a person skilled in the art, they can include a fuse or a switch, etc., and they make it possible to produce either circuits whose capacity is adjusted once and for all, or circuits whose capacity is adjustable by the user of the accelerometer.
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