Brevet FR2095378A1 — publié le 19720211

La présente invention concerne un dispositif destiné à assurer la surveillance de la vitesse de rotation (nombre de tours/mn) de gyroscopes par utilisation du courant de moteur du gyroscope» Le gyroscope est l'un des organes palpeurs de grandeur de 5 mesure les plus importants d'un régulateur de vol d'avion ou analogue, pour la régulation de la. trajectoire et de la position. Etant donné que la sécurité de fonctionnement et la fiabilité de régulateurs de vol sont d'une importance croissante pour la stabilisation de position d'avions et que pour certains avions, il est pratiquement 10 impossible de les faire voler sans régulateur de vol, il est nécessaire de surveiller en permanence le fonctionnement correct du régulateur de vol et tout spécialement celui du gyroscope. La présente invention se rapporte à l'un des aspects de cette surveillance du gyroscope, à savoir la surveillance de sa vitesse de rotation. On 15 doit, en effet, assurer que le gyroscope tourne avec sa vitesse nominale lorsque le régulateur de vol est mis en circuit. Il est déjà connu d'accoupler le régulateur de manière retardée dans le temps, par l'intermédiaire d'un relais de retardement, mécanique ou électronique, réglé sur le temps maximal de marche du 20 moteur de gyroscope augmenté d'une marge de tolérance. On empêehe ainsi un accouplement prématuré du régulateur de vol pendant la marche à vitesse maximale du moteur. Il est cependant désavantageux que cette installation est indépendante de la vitesse de rotation réelle du gyroscope. Elle suppose dans la pratique un gyroscope en 25 fonctionnement, et elle garantit simplement le temps à vitesse maximale nécessaire jusqu'à ce que 1'émetteur de grandeur de mesure, c'est-à-dire le gyroscope soit prêt pour le service» Il est connu, d'autre part, d'assurer une surveillance des moteurs de gyroscope au moyen d'une me sure permanente du courant du 30 moteur. On admet une marge de tolérance fixée pour l'intensité de courant, qui est rendue nécessaire par les dispersions entre appareils différents et par les oscillations de tension» Lorsque l'intensité de courant tolérée est dépassée, en plus ou en moins, dans une phase du moteur de gyroscope, il est produit une indication optique. 35 La mesure des intensités de courant s'effectue dans ce cas de la manière suivante : Dans le parcours de courant de la phase principale, est monté un convertisseur courant-tension. Le signal de tension ainsi obtenu est redressé et est amené à un circuit à étage basculant, 71 20609 2 2095378 qui répond à un dépassement vers le bas de la tension inférieure, ou un dépassement vers le haut de la'tension supérieure. Les causes qui provoquent une réponse du circuit à étage basculant peuvent être le démarrage du moteur, l'immobilisation du gyroscope par coincement, 5 un court-circuit d*enroulement, une surtension, d'une part, et une rupture de fil ou un contact vacillant, d'autre part» On peut, cependant, songer à d'autres défauts, dans lesquels le gyroscope s'arrête, et, malgré cela, le circuit basculant ne répond pas, c'est-à-dire qu'un défaut du gyroscope n'est pas décelé. Dans le cas 10 de courbes de variation de courant d'allure ap^latie, l'utilisation de ce procédé n'est pas possible. On connaît, en outre, une disposition dans laquelle, en vue de la vérification de bon fonctionnement du régulateur, les unités de gyroscope de chacun des axés sont montées sur un fléau. Au moyen 15 d'un appareil d'essai, on excite le fléau en forme sinusoïdale, par un petit moteur électrique, par l'intermédiaire d'un excentrique bridé sur lui. Si les gyroscopes, avec leurs émetteurs de signal sont en état de bon fonctionnement, on obtiendra, avec un régulateur également intact, grâce au mouvement de précession, une déviation de 20 gouvernail de forme sinusoïdale. La vérification, qui s'étend également à l'amplificateur de régulateur s'effectue au moyen du déplacement visible du gouvernail sur l'appareil, dans les trois axes» Il s'agit alors d'un régulateur triplé, dans léquel, par un montage de connexion sélective, même un signal de gyroscope avec pôles inver-25 sés est.indiqué optiquement» Dans le service en vol, les fléaux sont maintenus dans leurs positions nulles au moyen de ressorts mécaniques» Une surveillance de bon fonctionnement a lieu alors seulement au moyen du montage de connexion sélective, qui enregistre un écart des signaux de gyroscope entre eux. 0e procédé de vérification est 30 effectivement exact et il inclut également les erreurs de mesure.. Mais il est très couteux du point de vue des organes mécaniques, et il ne permet pas une surveillance directe des gyroscopes pendant que 1' avion est en s ervice» La présente invention a pour but de réaliser un dispositif 35 pour la surveillance de la vitesse de dotation de gyroscopes qui permette une surveillance efficace continue même pendant le service, qui réponde à des signaux produits directement par là rotation du gyroscope et qui exclut ainsi la possibilité d'informations BAD ORlGINAt 71 20609 3 2095378 erronnées et qui, enfin, est utilisable, sans prises supplémentaires dans les gyroscopes traditionnels. le dispositif de l'invention est. caractérisé en ce qu'il comprend un montage de circuit dépendant de la fréquence, qui répond à 5 des ondes harmoniques du courant.de moteur du gyroscope dues au rotor et dépendant de la vitesse de rotation. Une analyse de la fréquence du courant alternatif du moteur montre une onde fondamentale et une série d'ondes harmoniques» Parmi elles se trouvent des ondes harmoniques qui sont indépendantes de 10 la vitesse de rotation du moteur, tandis que d'autres ondes harmoniques montrent une dépendance de la vitesse de rotation. Les ondes harmoniques proviennent du rainurage du stator et du rotor. Ce rainurage a pour conséquence que l'allure dans le temps de la densité du fluz de forces en un. point fixe de la fente d'air n'est pas rigoureu-15 sement sinusoïdale, mais contient des ondes harmoniques. Ces ondes harmoniques qui sont provoquées par le rainurage du stator sont indépendantes de la vitesse de rotation du moteur, tandis que celles qui sont provoquées par le rotor dépendent de la vitesse de rotation du moteur. De telles ondes harmoniques sont induites dans les enroule-20 ments du rotor,mais, par un couplage inductif entre rotor et stator, elles apparaissent également dans le courant qui circule dans les canalisations ctemenée de courant au gyroscope. Ces "ondes haimoniques de rotor" peuvent être recueillies au moyen d'un circuit approprié dépendant de la fréquence dans le courant de moteur amené au gyros-25 cope, et .les écarts.de fréquence de .ces ondes fournissent une indication pour les écarts de vitesse de rotation du gyroscope. L'invention est avantageusement réalisée sous une forme telle que, à partir du circuit de courant de moteur, est excité un circuit oscillant qui est accordé sur une fréquence o 60 formule dans laquelle ÏT2 est le nombre de rainures du rotor et nQ la vitesse de rotation nominale du gyroscope. ïour produire un signal 35 de surveillance du gyroscope, il est prévu un dispositif de connexion qui répond à l'amplitude de signal dans le circuit oscillant. Lorsque le gyroscope tourne avec.sa vitesse de rotation nominale nQ, il est produit, dans le circuit de courant de moteur, une 71 20609 4 2095378 onde harmonique de rotor de fréquence fQ provoquée par le rainurage du rotor. Le circuit oscillant est excité en résonance et il se produit dans le circuit oscillant une amplitude de signal relativement grande. Un écart de la vitesse de rotation du moteur par rapport à 5 la vitesse nominale amène le circuit oscillant hors dé la résonance, de sorte que l'amplitude du signal décroit et que le dispositif de connexion répond et délivre un signal d'erreur. L'invention exige un circuit oscillant de qualité relativement élevée. Un tel circuit oscillant peut être réalisé sous une forme 10 telle que, dans le circuit de courant de moteur est monté l'enroulement primaire d'un transformateur dont 1'enroulement secondaire forme une partie d'un circuit oscillant en parallèle réglé sur la fréquence fQ. Le signal produit dans ce circuit oscillant en parallèle est connecté, par l'intermédiaire d'un étage convertisseur d'impé-15 dance, à un circuit oscillant en série contenant un transformateur dont le signal de sortie côté secondaire est amplifié et est appliqué en partie sur un enroulement de couplage conjugué du transformateur dans un sens tel qu'il amortit le circuit oscillant. Le couplage conjugué peut être réalisé de telle manière qu'il 20 se produise presque une auto-excitation, de sorte qu'on obtient une valeur Q élevée. Avantageusement, le signal de sortie amplifié est appliqué, par l'intermédiaire d'une diode de Zener et d'une diode redresseuse, à tua condensateur d'aplanissement. Un élément basculeur de Schmitt 25 est prévu pour pouvoir être commandé par la tension au condensateur ou une tension partielle de celle-ci, et il délivre, par l'intermédiaire d'un transistor de connexion, un signal de surveillance du gyroscope. Grâce à une telle constitution des circuits de connexion, on 30 obtient une sensibilité élevée par un dépassement produit plus tôt du seuil de l'élément basculant. Les chutes de ter^sion à la diode de Zener et à la diode redresseuse peuvent être rendues identiques en commun au niveau de la composante continue au collecteur du transistor amplificateur. 35 L'invention est applicable aussi*bien aux gyroscopes à moteur synchrone qu'aux gyroscopes à moteur asynchrone. La description ci-après se rapporte à un mode de réalisation de l'invention donné à titre non limitatif et expliqué avec référence 71 20609 5 2095378 aux dessins annexés, dans lesquels : les figures la à 1d sont des graphiques d'analyse de fréquence du courant de moteur d'un, gyroscope pour des vitesses de rotation de valeurs différentes ; 5 la figure 2 est un schéma d'un dispositif de surveillance conforme à l'invention, et la figure 3 est un schéma détaillé d'un exemple préférentiel de réalisation du dispositif, objet de l'invention. Pour l'analyse de fréquence dont les résultats sont reproduits 10 dans les graphiques des figures 1a à td, un gyroscope de type traditionnel est alimenté avec un courant alternatif triphasé de fréquence 400 Hertz et est entraîné à des vitesses de rotation différentes, à savoir : n^ = 22 400 t/min., n^ = 17 900 t/min. et njjj = 12 900 t/min. Dans ces conditions, le courant de moteur a été 15 soumis à une analyse de fréquence et on a obtenu les trois courbes représentées. les graphiques montrent la fréquence fondamentale G- de 400 Hz ainsi que les ondes harmoniques de stator S. Ces ondes sont dépendantes de la vitesse de rotation du gyroscope, dans leur amplitude, 20 mais non dans leur fréquence. On découvre cependant des ondes harmoniques de rotor, qui sont désignées par 1, dont la position se modifie en dépendance de la vitesse de rotation du gyroscope (figure 1d). la figure 2 montre comment ces ondes harmoniques de rotor sont 25 utilisées pour la surveillance de la Vitesse de rotation du gyroscope. le moteur de gyroscope est désigné par M. Dans la canalisation . d'amenée de courant du moteur M est inclus l'enroulement primaire d'un transmetteur d'entrée ou transformateur 10. la chute de tension produite par le courant de moteur à cet enroulement primaire est 30 transmise avec transformation sur un circuit oscillant 12. la tension alternative existant dans ce circuit oscillant est redressée au moyen d'un redresseur .14 et elle commande un organe basculant de Schmitt 16, qui délivre un signal de surveillance du gyroscope. la figure 3 montre un exemple préférentiel de réalisation de 35 l'ensemble des connexions, l'enroulement primaire du transmetteur d'entrée 1_0 est désigné par la référence 18. l'enroulement secondaire 20 du transmetteur d'entrée _1_0 forme, avec un condensateur 22. un circuit oscillant en parallèle qui est relié à la masse à travers 71 20609 2095378 un condensateur M- Un plot de prise 26 de lfenroulement secondaire 20 est relié à là base d'un transistor 28. Le collecteur de ce transistor 28 est soumis, par l'intermédiaire d'une résistance 30à à une tension d'alimentation de + 12 Volt, et il est, en outre, 5 relié, à travers une résistance à la base du transistor 28. Une résistance M relie l'émetteur du transistor 28 à la masse, de sorte que le transistor 28 est connecté comme étage émetteur et il agit comme convertisseur d'impédance. La chute de tension à la résistance est appliquée à un 10 circuit oscillant en série» constitué par un condensateur j56 et par l'enroulement primaire d'un transformateur 40. L'enroulement secondaire ^2 de ce transformateur ^0 qui est relié à la masse à travers un condensateur 41, est relié, à travers une résistance 46, à la base d'un transistor ^8» Dans le circuit de collecteur de ce 15 transistor sont montés une résistance 50, un potentiomètre £2 et une autre résistance 54» L'émetteur du transistor 48 est relié à la masse à travers une résistance £6. Le collecteur du transistor est relié, par l'intermédiaire d'une résistance £8, à la base du transistor. La prise du potentiomètre est connectée, à travers un 20 condensateur 60, à un enroulement de transformateur 62 qui agit comme enroulement de couplage conjugué. Le signal est amplifié par le transistor 48, et, grâce à l'enroulement de couplage 62, il se produit un couplage conjugué par lequel le circuit oscillant "est amorti jusque peu avant une auto-25 excitation. Un tel ensemble de connexion est connu sous le nom de "multiplicateur de Q". Dans un mode de réalisation de l'invention, on a pu obtenir, par cette disposition, une largeur de bande de 100 Hertz avec une fréquence moyenne de bande de quelques kHz. La tension au collecteur du transistor ^8 est appliqué^ par 30 l'intermédiaire d'une diode de Zener 64 et d'une diode redresseuse 66. à un condensateur d'aplatissement 68. Les chutes de tension à la diode de Zener 6^ et à la diode redresseuse 66 correspondent ensemble exactement au niveau de la composante continue au collecteur de transistor ^8. Le signal alternatif dans le circuit oscillant 35 est redressé et aplani au moyen du condensateur 68. De ce signal redressé et aplani, on prélève au moyen d'un potentiomètre 70 une portion de signal appropriée qui est délivrée sur le basculêur de Bchmitt 16. 0e dernier est d'une construction usuelle et il est -fo^ORlGlNAt] 71 20609 7 2095378 inutile de le décrire ici. la sortie du basculeur 16 .commande un transistor de connexion 72 qui met en circuit,'.par "exemple, une lampe indicatrice là' Par un choix d'éléments de construction suffisamment petits, 5 notamment d'inductivités exécutées dans la technique de noyau en pot, il est.possible de réaliser le dispositif suivant la figure 3 en tant que composant compact de volume relativement faible. La disposition décrite permet de surveiller la vitesse de rotation d'un gyroscope, sans nécessiter pour cela une prise de 10 valeur dans le gyroscope et on peut de ce fait utiliser des gyroscopes traditionnels du commerce. La surveillance peut être effectuée pendant la totalité du fonctionnement du régulateur de vol. La surveillance s'effectue en utilisant un signal qui est produit directement par la rotation du rotor du gyroscope et elle cesse avec 15 sécurité lors de l'arrêt du rotor. La possibilité d'informations erronnées, par exemple par l'intervention simultanée éventuelle de différentes défaillances est exclue. Le fonctionnement du gyroscope n'est influencé d'aucune manière. Par tin accord approprié du circuit oscillant et un réglage du potentiomètre 70, qui détermine le 20 seuil de réponse du basculeur de Schmitt, le dispositif peut être adapté à différents types de gyroscopes. Il est entendu que les exemples décrits et représentés ne sont pas limitatifs et que diverses modifications, notamment dans le mode de construction, peuvent être apportées sans sortir pour autant du 25 domaine de protection de l'invention. 71 20609 8 2095378 -REVENDICATIONS- 1 * Dispositif pour la surveillance de la vitesse de rotation de gyroscopes par utilisation du courant du moteur du gyroscope, caractérisé par un ensemble de circuits dépendant de la fréquence, 5 qui répond aux ondes harmoniques du courant de moteur dues au rotor, et dépendantes de la vitesse de rotation. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, à partir du circuit de courant du moteur, est excité un circuit oscillant qui est accordé sur une fréquence 10 . n 2 0 -1 f = sec. o 60 formule dans laquelle est le nombre de rainures du rotor et nQ est la vitesse nominale du gyroscope, un dispositif de connexion 15 répondant à l'amplitude du signal dans le circuit oscillant étant prévu pour produire un signal de surveillance du gyroscope. 3. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que, dans le circuit de courant du moteur est prévu l'enroulement primaire d'un transformateur, dont l'enroulement secondaire forme 20 une partie d'un circuit oscillant en parallèle accordé sur la fréquence fQ, le signal dans ce circuit oscillant en parallèle étant connecté, à travers un étage convertisseur d'impédance, à un circuit oscillant en série comprenant un transformateur, dont le signal de sortie côté secondaire ei amplifié et est connecté en partie sur un 25 enroulement de couplage conjugué du transformateur dans un sens d'amortissement du circuit oscillant en série. 4. Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que' le signal de sortie amplifié est amené, à travers une diode de Zener et line diode redresseuse à un condensateur d'aplanissement, dont la 30 tension de sortie, ou une partie de celle-ci commande un organe basculeur de Schmitt, lequel délivre, par l'intermédiaire d'un transistor de connexion, un signal de surveillance du gyroscope.