Brevet FR2009486A1 — publié le 19700206

La présente invention concerne les gyroscopes et appareils pour détecter l'attitude angulaire de rotor de gyroscope, du genre des appareils dans lesquels des capteurs détectent le passage d'un dessin à la surface du rotor lorsque ce dernier tourne. 5 Les appareil capteurs de cette sorte ne fonctionnent" habituel lement bien que dans une gamme d'attitudes limitées par suite de l'imprécision introduite lorsque la détection se fait dans les régions polaires, où la lecture devient inutile ou tout au moins imprécise . 10 La présente invention concerne un dispositif servant à détec ter l'attitude angulaire autour d'un axe d1un rotor BDointé sur un support et qui tourne par rapport à ce support autour d'un axe de rotation, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend un dessin caractéristique réalisé sur ce rotor, dessin qui varie en 15 fonction de la latitude du rotor, un certain nombre de senseurs qui sont immobiles par rapport au dit support, et qui servent à ana lyser la portion du dessin passant sous eux lorsque le rotor tourne, et à produire un signAl de sortie correspondant, un moyen pour choisir celui des senseurs qui fonctionne à tous moments dans une 20 gamme préférée de latitudes du rotor, et un moyen délivrant un signal de sortie dépendant de celui du senseur choisi. La gamme préférée sera telle que les régions pôlaires. seront évitées, ee qui permettra d'obtenir un signal de sortie utile quelle que soit l'attitude du rotor en choisissant toujours un Senseur 25 approprié. Afin de faciliter la compréhension de l'invention un modeâe réalisation du dispositif ci-dessus va être maintenant décrit à titre d'exemple uniquement et en se référant aux dessins annexés dans lesquels : 30 - figure 1 est un schéma qui représente la disposition des éléments dans un gyroscope conforme à la présente invention et - figure 2 représente le circuit schématique d'un générateur de fonction représenté à la figure 1. Si l'on se réfère à la figure 1, celle-ci représente un rotor 25 10 de gyroscope supporté par des moyens bien connus des spécialistes tels que des moyens électrostatiques ou par un palier à gaz représenté symboliquement sur la figure 1 sous la forme du support 12. Quatre zones sombres identiques 14 sont formées sur le rotor 10 de telle façon que les caractéristiques de réflectivité du ro- f 40 tor puissent varier linéairement de haut en bas lorsque le rotor 69 17255 2 2009486 tourne autour de l'axe de rotation représenté par une "flèche"~iur~ la figure 1. Une paire de sources lumineuses 16 et 18 dirigent leur lumière sur le rotor 10 de façon que les senseurs ou détécteurs 20 et 5 22 puissent détecter le passage des zones au-dessous d'eux lorsque lé rotor 10 tourne. Les signaux de sortie des senseurs 20 et 22 sont des signaux rectangulaires dont les impulsions ont une largeur proportionnelle à la largeur des zones réflectives situées entre les zones plus sombres 14, et, par conséquent, proportion-10 nelle à la latitude du rotor que détecte le senseur. Le signal de sortie de ces détecteurs est moins précis près des pôles du rotor 10. Il n'ya aux pôles aucun signal de sortie significatif, et l'on a trouvé qu'il était désirable d'utiliser à tous moments un seul senseur qui balaie alors le rotor sur Une 15 gamme de latitude située près de l'équateur. Dans la.figure 1, deux lignes centrales 24 et 26 servent à délimiter la surface sur laquelle il est désirable de faire fonctionner un senseur. Cette.zonè, telle qu'elle est vue sur la figure 1, est une ceinture équatoriale horizontale qui circonscrit 20 le rotor 10 entre l'intersection des lignes 24 et 26 avec la sur-, face du rotor. On se réfère à cette zone comme à là zone B. La calotte polaire située au-dessus de la zone H sur la figure 1 est identifiée comme zone A, La calotte polaire au-dessous de la zone B sur la figure 1 est identifiée comme zone C. Comme les senseurs 25 20 et 22 sont écartés de 90°, au moins l'un de ces senseurs sera toujours dans la sone B, Pour la simplicité et la clarté de l'explication, le système représenté à la figure 1, est tel que l'attitude du rotor 10 n'est captée qu'autour d'un seul axe, c'est-à-dire un axe passant'par 50 le centre du rotor et perpendiculaire au plan délimité par les lignes 24 et 26. Un système identique serait nécessaire pour détecter l'attitude du rotor 10 autour d'un axe se trouvant dans le plan des lignes 24 et 26 de la figure 1 ; et les spécialistes comprendront comment le fonctionnement multi-axes sera obtenu avec 35 plusieurs systèmes tels que celui-ci. Afin de déterminer quel, senseur se trouve, dans la position optimale , le signal provenant du senseur 22 est filtré par un filtre 28 et appliqué à un détecteur de haut niveau 30 et à un détecteur de bas niveau 32. Le filtre 28 intègre les impulsions provenant du senseur 22 en un niveau de tension continue qui va 69 17255 3 2009486 riera en fonction de la largeur d'impulsion et, par conséquent, de la latitude du senseur 22 sur le rotor. Le détecteur de haut niveau 30 est actif ou en circuit (c'est-à-dire qu'il produira un signal de sortie) uniquement lorsque le senseur 22 se trouve 5 dans la zone A. et autrement est hors circuit. Le détecteur de bas niveau 32 est actif ou en circuit lorsque le senseur 22 se trouve dans les zones A ou B, et autrement est hors circuit. Donc, c'est seulement lorsque le senseur 22 se trouve dans la zone B que le détecteur de haut niveau 30 est hors circuit, ët que le détecteur 10 de bas niveau 32 est en circuit. L'apparition de cette condition est détectée par un circuit logique 3^ approprié qui, lorsque cette cnndition est remplie ouvre une porte logique 36 de telle sorte que le signal provenant du senseur 22 est transmis au point 38. 15 Si le senseur 22 quitte la zone B sur le rotor 10, le détec teur de haut niveau 30 sera mis en circuit (senseur 22 dans la zone A) ou le détecteur de bas niveau 32 sera mis hors circuit(senseur 22 dans la zone C). Lorsque les deiix détecteurs 30 et 32 seront donc en circuit ou hors circuit ensemble, le circuit logique 34 20 détectera cette condition et fermera la porte 36 tout en ouvrant la porte logique 40, de sorte que le signal appliqué au point 38 sera celui du senseur 20 qui doit se trouver dans la zone B alors que le senseur 22 ne l'est pas. De cette façon, on pourra déterminer quel est celui des senseurs qui fonctionne dans la zone B 25 et son signal de sortie sera sélectionné au point 38. Le circuit logique 34 envole également un signal à un indicateur de senseur 42 qui indique celui des senseurs 20 et 22 qui est choisi à tout moment. La détermination de l'attitude précise du rotor 10 est réa-30 lisée en dirigeant le signal du point 38 à travers un filtre 44 qui intègre ce signal en un niveau de tension proportionnelle à la latitude sur le rotor que balaie le senseur choisi. Ce signal est appliqué . à un indicateur de latitude 46.. Le signal de sortie de l'indicateur de senseur 42 indique 35 maintenant quel est le senseur qui a été sélectionné, tandis que le signal de sortie de l'indicateur de latitude 46 indique quelle est la latitude qui est détectée par le senseur choisi. Ceci laisse une ambiguïté sur la position du rotor, c'est-à-dire sur le fait que le senseur choisi se trouve dans l'hémisphère de droi-40 te ou dans l'hémisphère de gauche (si l'on" suppose que ces deux 69 17255 2009486 hlmisphères sont délimités par un plan perpendiculaire au plan de la figure 1 et contenant l'axe de rotation). Par exemple, le senseur 22 serait sélectionné et son signal de sortie serait le même à la fois dans la position représentée à la figure 1 et dans 5 la position où le rotor serait tourné d'un peu plus que 90° de gauche à droite. Pour lever cette ambiguïté, le signal du senseur 20 est utilisé pour déterminer le moment où le senseur 22 passe devant un pôle. Comme les senseurs 2Qêt 22 sont séparés de 90° lorsque le senseur 22 passe devant un pôle, le senseur 20 croisera 10 l'équateur du rotor 10. Lorsque le senseur 20 va croiser l'équa-teur, il se trouvera dans la zone B et par conséquent, son signal de sortie sera celui qui apparaîtra au point 38. Ce signal au pointi 38 est eomparé avec un signal produit qui est identique à celui qui serait reçu à l'équateur. Ce signal d'équateur simulé, 15 qui est un signal rectangulaire dans la version préférée est produit par un générateur de fonction 50 qui sera décrit en détails en se référant à la figure 2# où ce circuit est représenté. Si l'on se réfère à la figure 2, le signal au point 38 est appliqué à un circuit de déclenchement approprié 52 à travers un 20 condensateur d'entrée 54. Chaque fois que le senseur 20 détecte une zone réflectrice, le signal résultant répond en enclenchant le circuit déclencheur 52 et en produisant ainsi un signal de sortie au point 56. Le signal disponible du point 56 est renvoyé à l'entrée du déclencheur 52 au moyen d'un condenseur 58 et d'une 25 résistance 60. Un certain retard sera ainsi introduit, retard qui dépend de la constante de temps du condensateur 58 et de la résistance 60 ainsi que de la tension au point 62 déterminé par une tension de référence 64, l'ensemble déterminant la période de temps qui s'écoulera avant que la tension au point 62 soit suffi-30 santé pour couper le circuit déclencheur 52. Donc chaque fois que le senseur 20 rencontre une zone réflectrice, le circuit déclencheur 52 est en circuit pendant une brève période jusqu'à ce que le circuit de réaction le coupe à nouveau. Le signal au point 56 sera alors un signal rectangulaire dont la fréquence sera le qua-35 druple de la fréquence de rotation du rotor 10 et dont la largeur d'impulsion sera déterminée par le retard dans le circuit de réaction. Le signal provenant du point 56 est appliqué à un intégrateur 66 par deux voies parallèles, une de ces voies étant directe 40 et l'autre comprenant un inverseur 68. Le but de l'intégrateur est 69 17255 5 2009486 de produire un niveau de tension proportionnelle à la différence entre les largeurs des impulsions présentés dans les traiœ d'im» pulsions d'entrée inversées et les trains non inversés envoyés sur l'intégrateur. En utilisant, un gain suffisamment élevé, l'inté-5 grateur produira une tension de sortie relativement importante pour de faibles différences de largeur d'impulsions. Si le signal au point 56 est un signal carré parfait (c'est-à-dire ayant un rap port entre durée et espacement des impulsions égal à l'unité) il sera annulé lorsqu.'il sera intégré avec son propre signal in-10 verse. Cependant, si le signal n'est pas un signal carré parfait, l'intégrateur 66 produira sur le conducteur 70 un signal dont 1'-amplitude sera proportionnelle à 1'-écart relativement au rapport entre durée et espacement des impulsions. Le signaL sur le conducteur 70 provenant de l'intégrateur 66 modifie la tension au point 15 62 de façon à amener le circuit déclencheur 52 vers le fonction-nëment correspondant à un rapport entre durée et espacement des impulsions égal à l'unité, ou très pro^Hf^de ce dernier , ce qui correspond au type de, signal de sortie que le sénseur 20 donnerait s'il était à l'équateur. 20 La plupart des rotors de gyroscope perdent leur vitesse après.une certaine période de temps. En fait, cette variation de vitesse aura pour effet de rendre asymétriques les signaux rectangulaires lorsque la vitesse du rotor décroîtra. L'intégrateur 66 abaisse cette asymétrie à un niveau négligeable en utilisant un 25 gain de boucle élevé. Ainsi, le générateur de fonction 50 produit un signal carré dont l'impulsion positive est égale à l'impulsion négative et dont la fréquence est identique à celle que le senseur 20 détecterait à l'équateur du rotor 10. Si l'on se réfère à nouveau à la figure 1, lorsque le cir-30 cuit logique 34 sélectionne le senseur 20 en ouvrant la porte 36, il ouvre également deux portes logiques 74 et 76 au moyen d'un signal appliqué par un conducteur 72. Les portes 74 et 76 laissent passer le signal provenant du point 38, qui est alors le signal du senseur 20, vers les deux entrées d'une bascule bistable 78 à tra-35 vers deux voies parallèles. Dans l'une de ces voies, le signal provenant du point 38 est inversé par un inverseur 80. L'onde carrée de référence provenant du générateur de fonction 50 est également appliquée au bistable 78, à deux autres entrées. Le bistable 78 est de préférence un bistable à impulsion par exemple celui 40 fabriqué par la Société dénommée "Engineeréd Electronics Cfl. 69 17255 6 20G9486 Lorsqu'il est connecté de la façon représentée, un tel bistable, fournira un signal de sortie sur une sortie 82, lorsque les impul sions du point 38 sont plus longues que les impulsions de référence d'équateur provenant du générateur d'impulsions 50, et bas-5 culara pour fournir un signal de sortie sur l'autre sortie 84 lorsque les impulsions venant du point 38 seront plus courtes que les impulsions de référence d'équateur. On comprendra que d'autres formes de circuit logique pourraient être utilisées pour produire deux signaux de sortie alternatifs dépendante du sens de la 10 différence entre les longueurs de ces deux trains d'impulsion. En conséquence, lorsque le senseur 20 se trouve d'un côté de l'équateur, (comme le représente la figure 1) le signal de sortie du bistable 78 sera appliqué sur le conducteur 82 tandis.que lorsque le senseur 20 est de l'autre côté de l'équateur, le signal cessera 15 d'être appliqué sur le conducteur 82 et sera appliqué sur le conducteur 84..En conséquence, en détectant celui des conducteurs 82 et 84 sur lequel est disponible un signal, un indicateur dhémisphère 86 peut déterminer de quel côté de l'équateur se trouve le senseur 20, et par conséquent dans quel hémisphère se trouve le 20 senseur 22. On comprendra que le dispositif décrit fournit toutes les Informations nécessaires pour déterminer l'attitude du rotor par rapport à son support autour de l'axe unique, et ceci peut être appliqué à une calculatrice de sommation des signaux de sortie 90 ' 25 qui pourrait enregistrer la totalité des déplacements angulaires du rotor 10. La calculatrice de sortie 90 peut founir un signal de sortie qui varie linéairement sur la totalité du déplacement de 360* du support de rotor autour du rotor. Dans ce cas, elle serait agen*. 30 cée pour additionner (ou soustraire) un signal constant au signal de latitude chaque fois que l'on passe d'un senseur à un autre, comme cela est détecté par l'indicateur de senseur 42, de façon à compenser la variation d'échelon du signal de latitude qui autre*» ment se produirait. Ceci produirait un signal qui diminuerait II-35 néai-rement sur l'autre demi-rotation. Pour obtenir une variation linéaire uni-directionnelle sur une rotation complète, la calculatrice 90 serait agencée de façon à inverser une moitié de ce signal; La calculatrice 9Q réaliserait cela sous la commande de l'indicateur d'hémisphèrê 86, et inverserait son signal de sortie lorsque 40 l'indicateur d'hémisphère signalerait un changement d'hémisphère. i l. 69 17255 7 2009486 D'autres formes de dessins de rotor, magnétiques, lumineux, ou autres, sont aussi envisagés en liaison avec des formes appropriées de senseurs, et la façon de. fonctionner de ces derniers sera évidente pour les spécialistes. On peut également utiliser 5 plus de deux senseurs pour chaque axe s'il est désirable de n'opérer des détections que dans une bande préférée plus étroite de latitude et un circuit de sélection plus complexe est évidemment requis à ce moment-là. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée 10 au mode de réalisation décrit et représenté mais en couvre au contraire toutes les variantes. r 69 17255 8 2009486 REVENDICATIONS 1 - Dispositif pour détecter l'attitude angulaire autour d'un axe d'un rotor supporté par un support et qui tourne par rap port à ce dernier autour d'un axe de rotation. Ce dispositif étan 5 caractérisé en ce qu'il comprend un dessin caractéristique réali. sé sur le dit rotor dessin qui varie en fonction de 1platitude su le rotor, un certain nombre de senseurs qui sont fixes par rappor au dit support et analysent la portion du dessin qui passe au-dessous d'eux lorsquele rotor tourne et fournissent un signal de 10 sortie correspondant, un moyen pour choisir celui des senseurs qui fonctionne à tout moment dans une gamme préférée de latitudes sur le rotor, et un moyen délivrant un signal de sortie dépendant du signal du senseur choisi. 2 - Dispositif suivant la revendication 1 caractérisé 15 en ce qué le dessin comprend des portions de différentes caractéristiques de réflectivité au rayonnement, les senseurs répondant à ce rayonnement. 3- Dispositif suivant la revendication 1 et 2 caractéi ^ en ce que le moyen de sélection choisit le senseur dont le sig 20 de sortie se trouve compris entre des limites prédéterminées e indique celui des senseurs qui est sélectionné. 4 - Dispositif suivant les revendications 1 à 3 caract 25 5 - Dispositif suivant la revendication 4 caractérisé m ce que les deux senseurs sont agencés de façon que l'un d'eux i tionne toujours dans la dite gamme préférée de latitudes et où moyen de sélection a une entrée connectée à la sortie de l'un d -• ces senseurs et agencée pour sélectionner ce senseur lorsque so 30 signal de sortie indique qu'il fonctionne dans la dite gamme pr ~ férée, et^pour choisir l'autre senseur lorsque le signal de sor ; du premier indique que ce senseur ne fonctionne pas dans la dite gamme préférée. 6 - Dispositif suivant la revendication 5 caractérisé ei 35 ce que le dessin est disposé de façon à produire un signal de se tie pulsatoire de chaque senseur, la largeur d'impulsion variant selon lalatitude de ce senseur, et le moyen de sélection comprer un filtre recevant le signal de sortie du premier senseur et des détecteurs de haut niveau et de bas niveau de signal connectés à 40 une sortie du filtre, un moyen étant prévu pour choisir l'un ou 69 17255 9 2009486 l'autre des senseurs selon les conditions des deux détecteurs de niveau. 7 - Dispositif suivant les revendications 4 à 6 caractérisé en ce qu'il comprend un moyen pour détecter de quel côté de 5 l'équateur du rotor se trouve le senseur choisi, le dit moyen de détection comprenant un générateur d'Impulsion produisant un signal identique à celui qui serait produit par un senseur à l'équateur du rotor et le dit générateur de fonction comprenant un déclencheur enclenché par le signal de sortie d'un senseur et interrompu 10 par son propre signal de sortie reçu à travers une ligne de retard la constante de temps de cette ligne de retard pouvant être modifiée de façon à faire produire au générateur des impulsions dont le rapport entre durée et espacement est égal à l'unité, au moyen d'un intégrateur qui compare le signal de sortie du déclencheur 15 avec l'inverse du signal de sortie de ce même déclencheur et règle ■ la constante de temps de la ligne de retard de façon à tendre à éliminer la différence j et un moyen pour comparer le signal de sortie du dit senseur avec celui du générateur d'impulsions et pour indiquer par cette comparaison de quel côté de l'équateur se 20 trouve le senseur. 8 - Dispositif suivant la revendication J caractériséen ce qu'un moyen de calcul reçoit le signal de sortie du senseur choisi, un signal du moyen de sélection qui indique celui des senseurs qui est sélectionné, et un signal provenant du moyen servant 25 k détecter de quel côté de l'équateur se trouve le senseur sélectionné, et délivre en conséçjience un signal qui indique l'attitude du rotor, cette attitude pouvant être déterminée ainsi dans une gamme angulaire d'au moins 360°.