Brevet FR2302505A1 — publié le 19760924

L'invention concerne la compensation des erreurs d'une vanne de flux. On sait qu'une vanne de flux est un appareil destiné à déterminer le cap magnétique (notamment à bord d'un avion), c'est-à-dire l'angle que fait une direction donnée (notamment l'axe longitudinal de l'avion) avec le Nord magnétique dans un plan horizontal. Une vanne de flux est un appareil qui détecte la direction des lignes de force du champ magnétique terrestre et transmet l'indication de cette direction, sous forme de signaux électriques, à l'unité d'utilisation de cette indication (par exemple à un gyroscope directionnel dans l'avion). Les signaux électriques de sortie varient en fonction de l'orientation de la vanne de flux par rapport au Nord magnétique. Plus particulièrement, une vanne de flux (fig. 1, unité V) comporte un noyau 1 canalisant le champ magnétique terrestre, une bobine primaire 2 et trois bobines secondaires 3 décalées de 1200 ; elle délivre, à partir du champ magnétique terrestre dans lequel elle est placée et d'une tension d'excitation de pulsation w appliquée à la bobine primaire 2, trois tensions synchrones, de pulsation 2 o, dont les amplitudes sont proportionnelles à sin e, sin (e + 1200) et sin (e - 1200Y respectivement (en appelant O l'angle de cap brut, donc entaché d'erreurs) ; ces trois tensions sont disponibles sur les conducteurs de sortie 4a, 4b, 4c. Or, l'angle de cap réel e1 est différent de l'angle de cap brut (O = e1 + dN e) à cause d'un certain nombre de perturbations, savoir essentiellement 10 les courants circulant dans l'avion et les masses magnétisées en permanence de l'avion créent des champs magnétiques parasites qui provoquent des erreurs par l'effet dit de "fer dur" ; l'effet de fer dur entraîne des erreurs dites semicirculaires de la forme B sin O + C cos , B et C étant des constantes 2" les parties métalliques à haute perméabilité de l'avion déforment les lignes maonétiques du champ terrestre, d'où de nouvelles erreurs par l'effet dit de "fer doux" ; l'effet de fer doux entrante des erreurs dites quadrantales de la forme D sin 2e + E cos 2e, D et E étant des constantes 3 terreur d'alignement de la vanne de flux entraine une erreur A sur le cap maqnétique, qui est constante. L'erreur totale ne est donc de la forme ae = A + B sin e + C cos e + D sin 2e + E cos 2e C'est cette erreur qu'il s'agit de corriger ou compenser. Les dispositifs connus de compensation comportent généralement deux paires d'aimants permanents droits, dont les positions sont réglables ; la compensation consiste à donner différentes orientations à l'avion et à agir sur le réglage des aimants en chaque position ; on arrive ainsi à compenser les erreurs d'alignement de la vanne et les erreurs semi-circulaires de l'effet de fer dur ; par contre les erreurs quadrantales de fer doux sont peu ou pas du tout compensées. En outre, la compensation des autres erreurs est fort longue à cause des calibrations nécessaires chaque fois que la vanne de flux est réparée, chaque calibration impliquant des orientations de l'avion. La présente invention permet au contraire de réaliser rapidement et une fois pour toutes une compensation des trois types d'erreurs précités, y compris des erreurs quadrantales de fer doux. L'invention consiste principalement@: - d'une part, en ce qui concerne le procédé de compensation, à traiter deux signaux représentatifs du sinus et du cosinus de l'angle de cap magnétique brut e déterminé par -la vanne de flux et à corriger l'erreur # ##, de forme- ss e = A + B sin e + C cos - e + D sin 2# + E cos 2e, de cap magnétique (e = Ae + el en appelant e1 le cap magnétique vrai), où A, B, C, D et E sont des constantes, en ajoutant algébriquement des corrections de cette forme, au moins pour les termes en sin e, cos e, sin 2e, cos 2e, aux grandeurs sin e et cos e pour en déduire sin e1 et cos el, ces corrections étant linéaires sXn sin e et cos e - d'autre part, en ce qui concerne le dispositif de compensation, à lui faire comprendre deux entrées pour recevoir sin e et cos e, deux sorties pour débiter sin e1 et cos e1,- des multiplieurs aptes à déduire, de sin e et cos e appliqués à leur entrée, des grandeurs proportionnelles à sin e et cos e, et deux additionneurs algébriques recevant sur leurs entrées, le premier, sin e et la sortie d'une partie des multiplieurs et, le second, cos e et la sortie des autres multiplieurs et débitant le premier, sin O1 t, le second, cos e1 sur les sorties du dispositif;; de préférence les multiplieurs sont constitués par des circuits intégrés,tandis que les additionneurs sont constitués par des amplificateurs sommateurs ; (d'autre part, quatre potentiomètres et des résistances talons permettent de compenser les erreurs en sin i, cos e, sin 2e, cos 2e), les facteurs de proportionnalité mis en oeuvre par ces potentiomètres étant inférieurs à 1. L'erreur d'alianement de la vanne peut entre compensée soit par la rotation de la vanne de flux, soit par un cinquième dispositif à multiplieur et potentiomètre. L'invention pourra, de toute façon, être bien comprise à l'aide du complément de description qui suit, ainsi que des dessins ci-annexés, lesquels complément et dessins sont, bien entendu, donnés surtout à titre d'indication. La figure 1 représente, sous forme de blocs, l'ensemble de la vanne de flux V (déjà décrite), de l'électronique associe de traitement et du dispositif de compensation. Ba figure 2 illustre la position sur un avion de la vanne de flux, 'une part, et de l'électronique associez avec le dispositif de compensation, d'autre part. Les figures 3, 4 et 5 représentent, d'une manière schémati aue, les moyens de compensation selon l'invention des erreurs semi-circulaires, quadrantales et d'orientatioe de la vanne de flux La figure 6 représente, de la même manière, l'ensemble du dispositif de compensation comportant les moyens des figures 3, 4 et 5. La figure 7 illustre avec plus de détails le dispositif de la figure o. La figure @, enfin, représente une variante d'une partie de la figure 1. Selon l'invention, et plus specialemenft selon celui de ses modes d'application, ainsi que selon ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, auxquels il semble qu'il y ait lieu d'accorder la préférence, se proposant, par exemple, de réaliser un dispositif pour la compensation d'une vanne de flux à bord d'un avion, on s'y prend comme suit ou d'une manier analoue. Référence étant d'abord faite aux figures 1 et 2, on voit que la vanne de flux V, décrite ci-dessus et disposée dans la queue de l'avion, débite, par les conducteurs 4a, 4b et 4c, dans un ensemble électronique Q dispose a l'avant de l'avion et qui comporte d'abord une unité électronlque R recevant par les conducteurs 4a 4b et 4c les grandeurs sin e sin 2 # w t + harmoniques sin (6 + 1200) sin 2 # w t + harmoniques sin (e - 120 ) sin 2 # w t + harmoniques dans laquelle e est l'angle de cap brut, c'est-à-dire l'angle de cap comportant les erreurs dues à la vanne de flux et qui seront corrigées ultérieurement dans l'ensemble de la figure 1, # représente la pulsation correspondant à la fréquence de référence, -c'est-à-dire 400 Hz, et t le temps, et débitant sin e et cos e sur les conducteurs 5a et 5b. Des détails sur cette unité R sont donnés dans la demande de brevet déposée ce même jour par la demanderesse pour "Dispositif pour extraire la fréquence fondamentale d'un signal électrique et pour la démoduler et son application au traitement du signal produit par une vanne de flux". Dans cette autre demande de brevet, on a représenté en B l'unité R pour la partie sin e. Le dispositif de compensation proprement dit, objet de l'invention, qui sera décrit ci-après en détail avec référence aux figures 3 à 7, est représenté en 6 sur la figure 1. Il a deux entrées 7a et 7b recevant sin 9 et cos e respectivement et deux sorties 8a et 8b débitant sin #1 et cos #1 respectivement (on rappelle que e est l'angle de cap magnétique brut déterminé par la vanne de flux et #1 l'angle de cap magnétique vrai ou corrigé, avec # e =## + el) Dans l'autre demande de brevet, le dispositif 6 porte la référence 26. En aval du dispositif de compensation 6, on a un montage 9 du type Scott magnétique, précédé d'un amplificateur de puissance non illustré; ce montage 9 débite, sur ses trois sorties îOa, lOb, 10c, les trois signaux sin e sin ù) t sin (#1 + 1200) sin qui seront utilisés dans l'unité d'utilisation 11. Des détails sur les unités 9 et 11 sont donnés dans l'autre demande de brevet précitée On va décrire maintenant, avec référence aux figures 3 à S d'abord et 6 et 7 ensuite, le dispositif de compensation mettant en oeuvre 'invention pour corriger les erreurs semi-circulaires, quadrantales et d'orientation de la vanne du flux V, l'erreur totale he étant, on le rappelle, de la forme A + 3 sin 6 + C cos # + D sin 2# + E cos 2#. On va commencer par traiter la compensation des erreurs semi-circulaires de fer dur, avec référence à la figure 3. Celle ci est de la forme ## = B sin # + C sin #, B et C étant des cons- tantes et e angle de cap magnétique brut à corriger par 6 pour obtenir #1' l'angle de cap magnétique vrai. On appellera signaux resolvers les valeurs sin â et cos e. La compensation semi-circulaire s'effectue, selon l'inven Lion, en introduisant des décalages #sin e etcos e a u x valeurs des signaux resolvers sin 6 et cos e. En effet, si e est l'angle émis après perturbation par #cos # et #sin # l'angle aura pour tangente : sin # + #sin # Tg# + tg## tg (# + ##) = = cos # + #cos # 1 - tg##tge en développant tgG, il vient sin e + cos e tsne sin 6 +#sin 6 cos e - sin e tg## = cos e + +#cos e d'où l'on tire cos ##sin # - sin ##cos # tg## = (1) 1 + (#cos # cos # + #sin # sin #) soit l'erreur d'angle introduite cos ##sin # - sin ##cos # ## = arc tg # (2) 1 + (#cos # cos # + #sin # sin # pour###20 on a 1##cos # cos # + #sin # sin # et tg## # ##(1) montre alors que (2) est assimilable à ## # cos ##sin # - #cos # sin # (3) donc de la forme recherchée te = B sin # e + C cos e. L'assimilation de (2) et (3) peut se démontrer en différenciant les deux sin # membres de tg # = cos # ## d sin # sin # d cos # car il vient = cos 2# cos # cos 2# donc ## = cos # d sin # - sin # d cos # (3') Finalement, en comparant (3) et ## = B sin # + C cos #, on voit que B = -#cos 6 et C =sin 6 Cette correction semi-circulaire s'effectue alors comme indiqué sur la figure 3. Sur les entrées 7'a et 7'b (correspondant aux entrées 7a et 7b du dispositif de la ligure 1), on dispose de sin 6 et cos #. Les constantes C et B sont introduites au moyen de deux multi plieurs 12a et 12b respectivement, alimentés par des tensions continues fixes + e0 Far exemple, les multiplieurs 12a et 12b peuvent être constitues par des potentiomètres coopérant avec des résistances talons de protection et un amplificateur séparateur, et |e| peut etre égale à 15 volts stabilisés. On obtient ainsi aux sorties 12a et 12b les valeurs C =#sin 6 et B =#cos C respectivement0 Les additionneurs 13a et 13b, constitués par exemple par des amplificateurs sommateurs, réalisent respectivement les additions sin # + #sin # = sin # + C et cos # + #cos # = cos # + B et on obtient donc sur les sorties 8'a et 8'b (correspondant aux sorties 8a et 8b de la figure 1) les valeurs de sin 6 et cos 6 corrigées des erreurs semi-circulaires de fer dur. On va considérer maintenant les corrections des erreurs quadrantales ou de fer doux. En perturbant le sinus et le cosinus de l'angle, on a introduit une erreur d'angle ## = #sin # cos # - #cos # sin # (3") D'autre part, la compensation quadrantale est de la forme = = D sin 2e 4 E cos 26. (4) Pour la mettre sous la forme (3") ## = = 2D sin 6 cos e + E cos26 - E sin26 ou ## = 2D sin # cos # + E cos # cos # - E sin # sin # on ordonne les termes et on obtient te = (2D sin e + " cos e) cos e - (E sin i) sin e (5) qui est la forme recherchée.Si on identifie (5-) et (3"), il vient : ## sin e = 2D sin e + E cos e ta cos # = n sin 6 (6) Ce sont les équations de compensation qui mènent au diagramme de la figure 4. Sur celles-ci on a représenté en 7"a et 7"b les entres (correspondant aux entrées 7a et 7b du dispositif 6 de la figure 1 qui reçoivent sin 5 et cos e qu'il s'agit de corriger des erreurs quadrantales. Comme #sin s = 2 D sin e + i cos 6, on doit corriger doublement sin 6.Cette double correction est réalisée au moyen de deux multiplieurs 14a, multipliant cos e par E, et 15, multipliant sin 6 par 2D, et un additionneur 16a, qui ajoute à sin e les signaux de sortie de 14a et 15 et on obtient ainsi sur la sortie 8"a (qui correspond à la sortie Sa de la figure 1):: sin 6 + 2D sir e + E sos e Plus simplement #cos e = E sin C; cette correction unique est réalisée au moyen d'un multiplieur 14b multipliant sin e par E et un additionneur 16b, qui ajoute à cos 6 le signal de sortie de 14b, et on obtient ainsi sur la sortie 8"b (qui correspond à la sortie 8b de la figure 1) cos 6 + E sin e. On voit donc que le montage de la figure 4 corrige l'erreur quadrantale #e = D sin 26 + E cos 2e. Comme dans le cas de la figure 3, les multiplieurs 14a, 14b, 15 peuvent autre constitués par des circuits intégrés et les coefficients D et E ajustés par des potentiomètres et des résistances talons, et les addltionneurs 16a et 16b par des amplificateurs sommateurs. Reste à corriger l'erreur due au décalage de la vanne de flux. Cette correction ou compensation peut etre faite soit mécaniquement, en réalignant la vanne, soit par le meme procédé que pour les autres corrections et comme illustré sur la figure 5, dont le montage reçoit sur ses entrées 7"'a et 7"'b (correspon dant aux entres 7a et 7b de la figure 1) les signaux sin 6 et cos e à corriger. On a ## = #sin # cos # - #cos # sin # (7') et l'on veut ## = A. (8) (8) peut s'écrire : ## = A.1 = A sin2# + A cos2#, donc : ## = (A sin #) sin # + (A cos #) cos # (9) icentifiant (9) et (7'), on a :: 0 sin e = A cos 6 ncos # = = - A sin C Ce sont les équations de compensation de décalage qui conduisent au diagramme de la figure So Sin # et cos C doivent être corrigées respectivement de A cos e et - A sin #. Ces corrections sont réalisées au moyen de deux multiplieurs par A représentés en 17a et 17b et deux additionneurs algébriques 18a et 18b qui effectuent les sommes algé briques sin &commat; e + A cos e et cos e - A sin e respectivement, dispo- nibles respectivement sur les sorties 8111a et 8"'b (qui correspondent aux sorties 8a et 8b de la figure 1). Dans ce cas également, les multiplieurs 17a et 17b peuvent être constitués par des circuits intégrés et le coefficient A ajusté par un potentiomètre et des résistances talons et les additionneurs 18a et 18b par des amplificateurs sommateurs0 Les trois montages des figures 3, 4 et 5 sont en fait combinés en un seul montage illustré sur la figure 6 réalisant la correction totale o = A + B sin e + C sin O + D sin 20 + E cos 2e. Sur cette figure on retrouve les entrées globales 7a et 7b de la figure 1 (regroupant les entrées 7'ay 71(a, 7"'a, d'une part, et 7'b, 7"b et 7"'b, d'autre part, des figures 3, 4 et 5) et les sorties globales 8a et 8b (regroupant les sorties 8'a, 8"a, 8"'a, d'une part, et 8'bs 8"b, 8"'b, d'autre part, des figures 3, 4 et 5), ainsi que les multiplieurs 12a (par C), 12b (par B), 14a (par E), 14b (par E), 15 (par 2D), 17a (par A) et 17b (par A)o Les additionneurs 19a et 19b effectuent chacun 1' ensemble des additions effectuées respectivement par les additionneurs 13a, 16a et 18a, d'une part, et 13b- 16b et 18b, d'autre part.Ces additionneurs 19a et 19b peuvent titre constitués par des amplificateurs sommateurs. On notera qu'en cas de compensation mécanique de l'erreur d'alignement de la vanne de flux, les multiplieurs 17a et 17b sont supprimés et les additionneurs 19a et 19b comportent chacun une entrée de moins0 On va maintenant décrire, avec référence à la figure 7, un mode de réalisation plus détaillé du dispositif 6 de la figure 1, qui est représenté sous forme de blocs sur la figure 6v Sur la figure 7, on retrouve tout d'abord les entrées 7a, recevant sin e, et 7b, recevant cos e, et les sorties 8a, débitant sin #1, et 8bS débitant cos #1, du dispositif 6 des figures 1 et 6.On yvoit également les multiplieurs 12a, 12b et 15 multipliant par B, C et 2D respectivement et constitués par des circuits intégrés 24a, 24b, 23 et 23m des potentiometres 12c, 12d, 15c d'affichage des coefficients et des résistances talons 12e, 12f et 15d respectivement0 Les multiplieurs 12a et 12b sont alimentés à partir des bornes 20a à + e (+ 15 volts) et 20b à - e (- 15 volts)0 Le multiplieur 15 est alimenté, à partir de l'entrée 7a débitant sin e sur le conducteur 21a, d'une part directement en 21c et, d'autre part, à travers un amplificateur opérationnel 23 en 23a. Les multiplieurs 14a et 14b reçoivent tous deux en 14c, 14d, la valeur E d'un ensemble 22 à potentiomètre 22c et résistances talons 22d, et chacun soit sin e du conducteur 21a en 14e, soit cos e du conducteur 21b en 14f respectivement0 De mêmes les multiplieurs 16a, 16b reçoivent tous deux en 16c, 16d, la valeur A d'un ensemble 23, à potentiomètre 23d et résistances talons 23c, et chacun soit sin e du conducteur 21a en 16e à partir de 21e, soit cos e du conducteur 21b en 16f à partir de 21d, respectivement0 Les additions s'effectuent dans les sommateurs 19a et 19b comportant des amplificateurs opérationnels ou sommateurs 247 24a, 25a ou 24b, 25b et des résistances 26a ou 26bo Enfin, sur la figure 7 on a représenté les entrées 27a, 27b, 27c pour alimenter les bornes 20a à + 15 volts (+ e), 20b à - 15 volts (- e) et 20c à O volt. Dans le cadre des montages des figures 1, 3 4 5, 6 et 7, la compensation était réalisée sur des quantités continues, sin e et cos e étant des grandeurs démodulées0 On peut également mettre en oeuvre l'invention sur des grandeurs alternatives représentatives de sin e et cos e, savoir sin e sin st et cos e sinwt0 Dans ce cas la seule modification à apporter au montage de la figure 7 consiste à remplacer chacun des ensembles 12a et 12b de celle-ci déterminant C et B par ltensemble 12' de la figure 80 Celui-ci comprend, en plus du potentiomètre 12'c et des résistances talons 12'e, un amplificateur opérationnel bouclé 28 et une bobine 29 du secondaire d'un transformateur appliquant un signal alternatif constant de fréquence w à l'ensemble 12'o On retrouve en sortie l'amplificateur 24 (en fait 24a ou 24b suivant que l'ensemble 12' remplace 12a ou 12b respectivement)0 On réalise finalement ainsi, que les grandeurs sin O et cos e soient disponibles sous forme d'une tension continue ou d'une tension alternative modulée, un procédé et un dispositif de compensation des erreurs (semi-circulaires, quadrantales ou d'alignement) sur le cap magnétique déterminé par une vanne de flux, notamment à bord d'un avions qui présentent, par rapport aux procédés et aux dispositifs antérieurs, de nombreux avanta ges, notamment - la facilité de la mise en oeuvre, étant donné que le ré glage peut être effectué ure fois pour toutes et qu'il suffit ensuite de relever sur les potentiomètres les valeurs de réglage et de les reporter, au cas où il y a lieu de remplacer ou de réparer ensemble électronique de traitement des signaux de la vanne de flux ou une partie de celui-ci, - la facilité de manoeuvre, étant donné que les corrections sont faites à la main, sans démonter le dispositifX car la botte contenant le dispositif correcteur est indépendante de la vanne de flux et du dispositif de visualisation ou d'utilisation 11; il peut par exemple se trouver derrière une trappe, - la compensation de tous les types d'erreurs peut être réalisée, soit Iniquement au moyen de potentiomètres, soit au moyen de potentiomètres pour la correction u la compensation des erreurs semi-circulaires et quadrantales et par l'orientation de la vanne de flux pour l'erreur d'alignement, - le dispositif de compensation ou de correction d'erreurs peut être incorporé à différents types d'ensembles électroniques de traitement des signaux d'une vanne de flux. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes, REVENDICATIONS 1. Procédé pour la compensation d'une vanne de flux consis tant à traiter deux signaux représentatifs du sinus et du cosinus ae l'angle de cap magnétique brut e déterminé par la vanne de flux et à corriger l'erreur## de forme## = A t B sin # e + C cos e + D sin 2e + E cos 26 de cap magnetique (# =## # + el, en appelant 61 le cap magnétique vrai) où A, B, C, D et E sont des constantes, caractérisé en ce qu'on ajoute algébriquement des corrections de cette forme, au moins pour les termes en sin e, cos e, sin 2#, cos 2e, aux grandeurs sin e et cos 6 pour en dé duire sin #1 et cos 1, ces corrections étant linéaires en sin 6 et cos #. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lton effectue la correction de cette manière également pour le terme en A, 3. Procédé selon la revendication la caractérisé en ce qu'on effectue la correction pour le terme en A en réalignant la vanne de flux. 40 Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon les revendications 1, 2 ou 3, comportant deux entrées pour recevoir sin 6 et cos 6 et deux sorties pour débiter sin 61 et cos C1, caractérisé par le fait qu'il comporte des multiplieurs aptes à déduire, de sin # e et cos e appliqués à leur entrée, des grandeurs proportionnelles à sin e et cos e, et deux additlomleurs algé briques recevant sur leurs entrées, le premier, sin 6 et la sor tie d'une partie des multiplieurs et, le second, cos e et la sortie des autres multiplieurs et débitant, le premier, sin 61 et, le second, cos e1 sur les sorties du dispositif0 Se Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que chaque multiplieur comprend au moins un circuit intégré, un potentiomètre et des résistances talons, les facteurs de pro portionnalité mis en oeuvre dans ce multiplieur étant inférieurs a le 60 Dispositif selon les revendications 4 ou 5, caractérisé par le fait que chaque additionneur algébrique comprend un am plificateur sommateur.