Brevet FR2138174A1 — publié le 19721229

La. présente invention concerne un procédé pour la détermination de la direction du nord, au moyen d'un appareil à gyroscope de méridien, dans lequel le moment directeur gyroscopique d'un gyroscope suspendu par bande est compensé par un moment opposé, qui est 5 produit par un signal de prise dépendant de la déviation du gyroscope par rapport à la position nulle de la bande, et dans lequel le gyroscope, d'après l'indication fournie par ce signal, est tourné, avec la prise et la suspension par bande, pour être amené dans la direction du nord. 10 Un gyroscope suspendu par bande a tendance, ainsi qu'il est connu, à se placer dans la direction du nord. Sur le gyroscope agit un moment directeur gyroscopique, qui est proportionnel à la torsion gyroscopique, et à la vitesse angulaire de la rotation de la terre, c'est-à-dire, en première approximation, à la déviation de l'axe de 15 torsion du gyroscope par rapport à la position du nord et au cosinus de la latitude géographique. Il s'écoule cependant un temps très long avant que le gyroscope termine son oscillation dans la direction du nord. G'est pourquoi, il est connu de compenser le moment directeur gyroscopique au 20 moyen d'un moment de sens opposé produit électro-magnétiquement. Dans ce but, il est prévu un producteur de moment de rotation qui permet d'exercer sur le gyroscope un moment de rotation autour de l'axe d'azimut. Ce producteur de moment de rotation est chargé, avec un degré d'amplification élevé par un signal prélevé sur une prise, 25 qui dépend de la déviation de l'axe de torsion du gyroscope par rapport à la position nulle de la bande de suspension. Le moment de sens opposé produit par ce dispositif producteur de couple est proportionnel à ce signal de prise, de sorte que le signal de prise est proportionnel au moment directeur gyroscopique et ainsi, à la 30 déviation de l'axe de torsion du gyroscope par rapport à la direction du nord. Dans des installations connues de ce genre, un servo-moteur est commandé en permanence par ce signal de prise et il provoque une rotation dans la direction du nord d'un carter intermédiaire avec la 35 prise et la suspension par bande. Dans l'état final réalisé, le carter intermédiaire se trouve, avec la position nulle de la bande du gyroscope, dans la direction du nord. Le gyroscope ae trouve avec son axe de torsion gyroscopique dans la direction du nord, et ainsi 72 18565 2 2138174 dans la position nulle de la bande, de sorte que la bande est sans tension. Le moment directeur gyroscopique est nul et le signal de prise est également devenu nul» Dans de tels appareils à gyroscope de méridien, se produisent 5 des conditions d'oscillations relativement compliquées. On constate que, dans une telle installation, la compensation du moment directeur gyroscopique par un moment opposé se manifeste comme un amortissement pour le processus d'oscillation du gyroscope dans la direction du nord. On constate en outre qu'il se produit toujours, lors de ce 10 processus, une durée d'oscillation encore relativement longue, qui, dans la pratique, ne peut pas être réduite davantage par une variation des moments opposés» La présente invention a pour but de mettre au point un procédé pour la détermination du nord du type décrit plus haut, de telle 15 manière qu'on obtienne une mise en position aussi rapide que possible du gyroscope dans la direction du nord, et cela avec une méthode de mise à zéro qui n'exige pas de connaissance précise de la latitude et ne pose pas d'exigences élevées pour la constance des constantes propres à l'instrument. 20 Le procédé de l'invention est caractérisé par les étapes suivantes : a) mise en mémoire du signal de prise nécessaire pour la. compensation du moment directeur gyroscopique avec une stabilisation de la suspension du gyroscope une fois réalisé son réglage de position. 25 b) rotation du gyroscope d'un angle obtenu à partir du signal de prise mis en mémoire, comme déviation par rapport au nord, c.) répétition de ces étapes de procédé « Conformément à l'invention, la rotation continuelle dans la direction du nord est remplacée par un processus de répétition, 30 par lequel la direction du nord peut être obtenue, par des étapes de réglage de position discrètes convergentes, avec la. précision désirée. Le positionnement du gyroscope sous l'influence du moment directeur gyroscopique et du moment opposé, a lieu relativement rapidement, de sorte que, dans un temps relativement court, on peut 35 opérer plusieurs de ces processus répétés. On a constaté, de manière surprenante, qu'avec ce procédé par répétition, on peut obtenir un temps de positionnement plus court qu'avec un procédé par lequel s'effectue une rotation continuelle du gyroscope en fonction du 72 18565 3 2138174 signal de prise» Bien que, avec le procédé conforme à l'invention, le signal de prise et l'angle de rotation ultérieur soient entre eux dans une relation qui dépend de la latitude, une connaissance précise de la latitude n'est cependant pas nécessaire, mais il 5 suffit d'avoir connaissance approximativement, de la latitude, car on réalise une mise en position répétée dans laquelle se produit une convergence rapide des angles d'erreur. Le gyroscope peut être orienté au préalable d'après un compas magnétique, de sorte qu'il existe déjà, par avance de faibles 10 angles d'erreur. Une telle mesure préalable peut raccourcir le temps nécessaire pour obtenir, avec la précision nécessaire, la direction du nord, mais n'est pas une condition nécessaire pour le procédé conforme à l'invention. L'invention concerne, en outre, un appareil à gyroscope de 15 méridien pour lTapplication du procédé conforme à l'invention» On part d'un appareil avec un gyroscope suspendu à une bande dans un carter intermédiaire, avec une prise pour la production d'un signal de prélèvement fonction de la déviation du gyroscope par rapport à une position nulle de la bande, avec un producteur de moment de 20 rotation pour exercer sur le gyroscope un moment de sens opposé au moment directeur gyroscopique, auquel cas le signal de prise est connecté, avec un degré d'amplification élevé, sur le producteur de moment de rotation, avec un moteur de positionnement pour provoquer une rotation du carter intermédiaire, et avec un montage de conne-25 xion pour commander le moteur en dépendance du signal de prisey de telle sorte que, dans l'état final, le gyroscope soit orienté avec son axe de torsion vers le nord. Conformément à l'invention, le montage de connexion contient un organe d'augmentation pour le signal de prise, un dispositif de 30 commutation, par lequel l'organe accumulateur, après le positionnement du gyroscope, peut être raccordé au moteur et déconnecté de celui-ci, et un circuit de retour qui rend l'angle de rotation du moteur proportionnel au signal de prise migfen mémoire. Le dispositif de commutation peut, en vue d'une automatisa-35 tion de l'appareil, être actionné automatiquement par un mécanisme de connexion temporisé» La description ci-après se rapporte à un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple non limitatif et expliqué 72 18565 4 2138174 avec référence aux dessins annexés, dans lesquels : la figure 1 montre un appareil à gyroscope de méridien approprié à l'application du procédé de l'invention, vu schématiquement en coupe, avec le montage de connexion correspondant, et 5 la figure 2 montre des diagrammes de déroulement du procédé de l'invention. Dans un carter H), est monté pour pouvoir tourner un carter intermédiaire J_2, dans lequel un gyroscope J_4 est suspendu avec une tige rigide j_6, à une bande J_8. Sur la tige Jh5 est prévu un 10 miroir 20 qui coopère avec un dispositif de prélèvement photoélectrique 22 monté sur le carter intermédiaire 12» Le carter intermédiaire J_2 est partagé par une cloison intermédiaire 24 formant écran magnétique» A travers un évidement 26 prévu dans cette cloison, passe un tourillon 28 qui est monté sur 15 le carter du gyroscope J_4, coaxialement à la tige 1_6 et à la bande de suspension _18, et qui porte une armature 30 d'un producteur de moment de rotation 22. Par cette armature 22, on peut exercer sur le gyroscope un couple de rotation autour de l'axe de la bande. Le carter intermédiaire 1_2 peut être tourné par un moteur de réglage 20 de position 24, Par l'intermédiaire d'un pignon 26 et d'une roue dentée 38° Un générateur tachymétrique 40 est accouplé avec le moteur 24» Une lunette de télescope 42 est reliée, sur le côté supérieur du carter 10, avec le carter intermédiaire 12a Le signal de prélèvement UK est connecté, à travers un ampli-25 ficateur 44, avec le producteur de moment de rotation 32» Des courants i-| et i2 peuvent ainsi être appliqués aux bobines du producteur de c.ouple de rotation, de telle manière que l'un de ces courants provoque un bridage du gyroscope autour de l'axe de bande et que l'autre courant provoque un amortissement. 30 Le signal de prélèvement est en outre branché, à travers une résistance R1_ et un contacteur S1_ d'un dispositif de commutation 46. sur un condensateur ÇH_ servant d'accumulateur,, Dans une seconde position de connexion X "r -tation de compensation" du dispositif de commutation 46, le condensateur 0J_ est 35 raccordé, à travers le contacteur S1. à un amplificateur asservi SY qui possède une entrée à résistance ohmique élevée, de sorte que la valeur de tension accumulée dans le condensateur pendant la rotation de compensation reste conservée et alimente le moteur de réglage de 72 18565 5 2138174 position 34. Une boucle- de circuit de retour contient le générateur tachymétrique 40, une résistance de charge R2 et un condensateur 02. Le condensateur Ç2 est chargé dans la position Y "rotation de compen-5 sation" par le générateur tachymétrique, à travers le. résistance R2. avec une tension Ut, qui est proportionnelle à l'intégrale dans le temps de la vitesse de rotation du moteur, c'est-à-dire à l'angle de rotation du moteur £4. La résistance R2 est réglable en vue de tenir compte de la latitude. 10 Dans la position de connexion représentée X "préparation", le condensateur Ç2 est à nouveau déchargé à travers la résistance de décharge R3. Le mode de fonctionnement de la disposition décrite est indiqué ci-après en se reportant aux figures 1 et 2. 15 La figure 2 montre en dépendance du temps t, la vitesse de rotation" du gyroscope K, 1'angle k entre l'axe de torsion du gyroscope et la position zéro de la bande, et l'angle 0£ç> entre la position zéro de la bande et la direction du nord (voir le diagramme inférieur de la figure 2 et l'angle OCo pour t = 0). Pendant le 20 temps compris entre t = 0 et t2, le gyroscope augmente de vitesse (diagramme du haut dans la figure 2). L'appareil est tout d'abord orienté grossièrement dans la direction du nord avec sa position zéro de bande et l'axe de torsion gyroscopique, d'après l'indication d'un compas magnétique, de sorte 25 que l'écart angulaire, de l'axe de torsion gyroscopique par rapport à la direction du nord soit de grandeur limitée. Le gyroscope J_4 tend alors à tourner pour placer son axe de torsion dans la direction du nord. Il sort ainsi de la position zéro de la bande et le dispositif de prélèvement délivre un signal UK 30 qui est transmis au générateur de moment de rotation 32, à travers l'amplificateur 44 avec un facteur d'amplification élevé® De cette manière, le générateur de moment de rotation 32 exerce sur le gyroscope ±4 un moment de direction opposée à celle du moment directeur gyroscopique. Le moment directeur gyroscopique est ainsi pratiquement 35 compensé par le moment opposé, de sorte que le gyroscope reste essentiellement dans la. position zéro de la bande. Le gyroscope oscilles ainsi, dans un premier processus d'entrée en oscillation A1. dans l'intervalle de temps de t]_ à t£ dans une position d'équilibre 72 18565 6 2138174 dans laquelle le moment de compensation du générateur de moment de rotation équilibre le moment directeur gyroscopique» Le signal de prélèvement UK est proportionnel à l'angle compris entre l'axe de torsion du gyroscope et la direction du nord» 5 Ce signal est délivré à travers la résistance R, sur le condensateur 01 « qui est donc chargé au potentiel UK? et qui est maintenu en permanence à ce potentiel pendant la position de connexion X "préparation". Il se produit alors, sous la commande d'un mécanisme commutateur temporisé 48, une commutation des contacteur s £>1_ et S2» 10 La tension du condensateur Ç1_, c'est-à-dire le signal de prélèvement accumulé, qui est proportionnel à l'écart de ls. direction du nord, est connecté sur l'amplificateur asservi SV, de sorte que le moteur de réglage de position fait tourner le carter intérieur _1_2 dans la direction du nord (temps tj à t4 dans le diagramme inférieur de la 15 figure 2)» Le générateur tachymétrique délivre une tension proportionnelle à la vitesse de rotation, qui est intégrée par l'intermédiaire de R2 et 02, de sorte que la tension du condensateur 02 devient proportionnelle à l'angle de rotation. Cette tension est appliquée comme rétro-action, c'est-à-dire 20 couplage opposé, par le contacteur S2 sur l'amplificateur asservi SY 72 18565 7 2138174 l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits et représentés» Il est entendu que diverses modifications restent possibles sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention. 72 18565 8 2138174 -EEVEIDrCATIOIS- 1® Procédé pour déterminer la direction du nord an moyen d'un appareil à gyroscope de méridien, du type dans lequel le moment directeur gyroscopique d'un gyroscope suspendu p&r bande est compen-5 sé par un moment de sens opposé, qui est produit par un signal de prise dépendant de la déviation du gyroscope par rapport à la position nulle de la bande,-, et dans lequel le gyroscope, d'après l'indication fournie par le signal, est tourné, avec la prise et la suspension par bande dans la direction du nord, procédé caractérisé 10 en ce qu'on accumule en mémoire le signal de prise nécessaire pour la compensation du moment directeur gyroscopique, avec une stabilisation de la suspension du gyroscope, une fois réalisé le positionnement, après quoi on tourne le gyroscope d'un angle qui est obtenu à partir du signal de prise accumulé comme déviation par rapport au 15 nord et on répète plusieurs fois ces opérations« 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on procède d'abord à une orientation préalable du gyroscope au moyen d'un compas magnétique. 3. Appareil à gyroscope de méridien pour l'application du 20 procédé suivant la revendication 1, avec un gyroscope suspendu à une bande dans un carter intermédiaire, une prise pour produire un signal fonction de l'écart du gyroscope par rapport à une position nulle de la bande, un producteur de moment de rotation pour exercer hut le gyroscope un moment opposé au moment directeur gyroscopique, 25 le signal de prise étant connecté sur- le producteur de moment de rotation, avec un facteur d'amplification élevé, appareil comprenant ion moteur de réglage de position pour tourner le carter intermédiaire et un montage de circuits pour commander ce moteur en dépendance du signal de prise, de telle manière que, à l'état final, le gyroscope 30 ait son axe de torsion orienté vers le nord, appareil caractérisé en ce que le montage de circuits comprend un accumulateur pour le signal de prise, un dispositif commutateur par lequel 1'accumulateur, après positionnement du gyroscope, est coupé de la prise et connecté sur le moteur de réglage de position, le montage comprenant en outre 35 un circuit de rétro-action, qui rend l'angle de rotation du moteur proportionnel au signal de prise accumulé. 4<> Appareil à gyroscope de méridien suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le dispositif commutateur est actionnable 72 18565 9 2138174 automatiquement par un mécanisme de connexion temporisé» 5» Appareil à gyroscope de méridien suivant l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que l'accumulateur est un condensateur chargé à la tension de prise à travers un contacteur 5 du dispositif commutateur, condensateur qui, après commutation par ce contacteur, est relié à un amplificateur asservi à résistance d'entrée élevée qui alimente le moteur de réglage de position. 6. Appareil à gyroscope de méridien suivant la revendication 5, caractérisé en ce que le circuit de rétro-action contient un 10 générateur tachymétrique accouplé avec le moteur de réglage, qui charge, à travers une résistance, un condensateur de rétro-action, lequel, à travers un contacteur du dispositif de commutation, est accouplable à l'amplificateur asservi pour la rotation de correction. 7. Appareil à gyroscope de méridien suivant la revendication 15 6, caractérisé en ce que la résistance de charge est réglable en fonction de la latitude.