Brevet FR2370284A1 — publié le 19780602

L'invention se rapporte à la mesure très précise des accélérations linéaires. Une application importante d'une telle mesure est la naerigation par inertie. On sait que celle-ci est basée sur le calcul des coordonnées d'un mobile à partir des mesures des composantes des accélérations auxquelles il est soumis. Ce genre de navigation requiert une mesure très precise des accélérations. Les accéléromètres actuellement utilisés, par exemple, accéléromètre intégrateur à capacité variable, accéléromètre dit è ressort électrique", acceleromètre gyroscopique intégrateurs permettent de mesurer des accélérations de O à 10g ou 20g à 10 g ou, au mieux, 10-5g près. Ils ne sont pas parfaitement linéaires et ont une dérive thermique de zéro. L'invention se propose de réaliser des accéléromètres sensibles à des variations d'accélération de l'ordre de 10-7 ou même 10-8 g et ayant une dynamique de l'ordre de 105 a 106. Suivant l'invention, de tels résultats sont obtenus en combinant un interféromètre à polarisation, dont le miroir mobile, solidaire de la masse d'épreuve, est relié au bâti par une liaison élastique, et un ellipsomètre ultra-sensible. L'interféromètre traduit le déplacement du miroir mobile par une variatibn d'ellipticité de la lumière à la sortie de l'interféromètre. L'ellipsomètre mesure cette variation d'el- lipticité qui est traduite en déplacement du miroir, puis en accélération. La technique actuelle permet de réaliser des ellipsomètres capables de détecter des angles de l'ordre de 10 7 radians. Si on les utilise à la sortie d'interféromètres à polarisation, on peut détecter des différences de marche de l'ordre du mA, et ainsi obtenir une sensibilité très grande de l'accéléromètre. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée ci-après. Au dessin annexé la figure 1 est un schéma général dtun accéléromètre conforme asu mode d'exécution préféré de l'invention la figure 2 représente un mode de réalisation de l'or- gane de liaison entre le miroir mobile de l'interféromètre et la masse d'épreuve ; et la figure 3 est un schéma de ltellipsomètre utilise. A la figure 1, on a représenté par une ligne en tirets C le corps auquel est liée la masse d'épreuve de l'accéléromè- trie. Ce dernier est essentiellement composé d'une source 1 de lumière monochromatique non polarisée, d'un interféromètre de Michelson 2, 3, 4, et d'un ellipsomètre 17. La source 1 est un laser a hélium-néon ou à semiconw ducteur. L'interférometre comprend un cube séparateur 2 et deux miroirs 3 et 4. Le cube 2 et le miroir plan ou prismatique 3 sont solidaires du baAti 5. Le miroir 4 est porté par la masse d'épreuve 6 présentant une symétrie de révolution par rapport à l'axe de la source. La masse d'épreuve 6 est reliée au bâti 5, soit par un voile mince 7, soit, comme le représente la figure 2, par des poutres ou des fils 8 et 9, soit par tout autre élément intermédiaire en quartz, métal ou tout autre matériau presentant ltelasticité voulue. La liaison de l'ensemble miroir 4 et masse d'épreuve 6 avec le bâti 5 doit exercer une résultante située rigoureusement au centre de gravité de l'ensemble miroir 4 masse d'épreuve 6 de façon à éviter les torsions. Deux lames quart d'onde 10 et Il sont respectivement interposées sur le trajet du faisceau lumineux, entre le cube 2 et le miroir 3 et entre le cube 2 et le miroir 4. Le déplacement du corps C dans la direction indiquée par une fleche entratne le bâti 5, le miroir 3 et le cube 2 et a pour effet de faire subir une flexion à la liaison élastique entre la masse d'épreuve 6 portant le miroir 4. Il en résulte un déplacement relatif, fonc- tion de l'accélération à mesurer, entre le miroir 4 et le cube 2 solidaire du bâti 5. C'est ce deplacement relatif qui est mesuré par l'appareil. Tout d'abord, l'interféromètre fonctionne de la manière classique, c'est-à-dire que le faisceau laser se dédouble en deux trajets. L'un se réfléchit sur l'intérieur du cube séparateur, traverse la lame 10, se réfléchit sur le miroir 3, puis traverse la lame 10 et le cube séparateur, pour arriver sur l'el- lipsometre 17. L'autre traverse le cube séparateur, la lame 112 se réfléchit sur le miroir 4, puis traverse la lame Il et se rô- fléchit à l'intérieur du cube séparateur pour arriver sur l'el- lipsomètre 17.Ces deux trajets correspondent à deux lumières polarisées rectilignement à 900 l'une de l'autre, les deux lumières étant normalement déphasées de #/2 et se recombinant pour donner une vibration circulaire. Le déplacement relatif du miroir 4 transforme- cette vibration circulaire en vibration très faiblement elliptique dont les deux paramètres, et 9 , sont fonction dudit déplacement. d est l'angle entre le grand axe de l'ellipse et un axe de référence, constitué ici par l'axe de la source, et * est l'arc dont la tangente est b/a, rapport des axes de l'ellipse, avec #= 2 ## /#.# s est la différence de marche. Pour un laser émettant une longueur d'onde 4 = 6328 , une dif- férence de marche de l'ordre de 1 mA- correspond à un angle q de 10 6 radians. A titre d'exemple, pour une masse d'épreuve donnée, un-tel déplacement correspondra à une accélération de m/s2. Un exemple d'ellipsomètre sensible à un déphasage # de cet ordre de grandeur est représenté à la figure 3. Il comprend une lame quart d'onde thermostatée 12, un modulateur élasto-optique 13, un analyseur 14, un photo-multiplicateur 15 et un dispositif électronique d'amplification et de calcul 16. Le biréfringent équivalent au modulateur est ##/4 et oscille à la fréquence CO, et ses lignes neutres sont à 450 de celles de la lame 12. Les lignes neutres de l'analyseur sont également à 45 de celles du modulateur. On peut montrer que le courant délivré par le photomultiplicateur comporte un terme continu, un terme à la fréquence et et un terme à la fréquence 2#. Le dispositif 16 est agencé pour détecter ces trois terme, minimiser le terme continu et amplifier les deux autres termes ; il comporte en outre des organes de calcul qui, à partir de ces trois termes, en déduisent les paramètres &alpha; et 9 et la valeur de l'accélération mesurée. La rôalisation de ces différents organes est à la por tée de l'homme du métier, l'ellipsomètre que l'on Vivent de décrire étant d'ailleurs d'un type connu en soi. Il convient de faire observer que l'interféromètre utilisé est, de par sa conception, relativement insensible aux rotations du miroir 4, et à la qualité des surfaces et des angles du cube separateur. I1 est, par contre, nécessaire de le thermostater à 1 C. Bien entendu, la mesure de l'accélération totale et la determination de sa direction seront obtenues au moyen de trois accéléromètres du type décrit, disposés suivant des axes perpendiculaires et donnant les-trois composantes de l'accélération. Le laser et 1'ellipsomètre pourront etre communs a ces trois accéléromètres. Il va de soi que d'autres types d'interfôromètres polariseurs et d'autres types d'ellipsomètres pourraient etre combinés pour constituer un accéléromètre, sans sortir du cadre de l'invention. Par ailleurs, la liaison entre l'interféromètre et la masse d'épreuve, et la réalisation de celle-ci, dépendront de l'application envisagée. REVENDICATIONS 1. Accéléromètre,- caractérisé par la combinaison d'un interSé- romètre à polarisation, dont le miroir mobile est solidaire d'une masse-d'épreuve et relie au bâti par une liaison élastique, et d'un ellipsomètre ultra-sensible. 2. Accéléromètre selon la revendication 1, caractérisé en ce que I'interféromètre est un interférometre de Michelson comprenant un laser, un cube séparateur, un miroir fixe et un miroir mobile. 3. Accéléromètre suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la masse d'épreuve portant le miroir mobile est reliée au b ti par un voile mince en métal, quartz ou tout autre matériau approprie. 4. Accéléromètre suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la masse d'épreuve est reliée au miroir mobile par des poutres ou des fils de quartz ou tout autre matériau approprié. 5. Accéléromètre suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'ellipsomètre comprend une lame quart d'onde suivie d'un analyseur, d'un modulateur élasto-optique et d'un photomultiplicateur.