Brevet FR2532436A1 — publié le 19840302

La présente invention concerne un moyen de dé- tection du déplacement d'une forme d'onde cyclique d'inter- férence, telle que la forme d'onde de franges ou d'interfé- rence résultant de la combinaison dezdeux faisceaux contra- rotatifs dans un gyroscope à laser en anneau. Lorsque les deux faisceaux d'un gyroscope de cet- te nature se trouvent coirbinés, ils forment des franges d'interférence Comme la différence de phase entre les deux faisceaux contra-rotatifs change (par suite de la ro- tation du gyroscope à laser autour de son axe sensible), la forme d'onde d'interférence se déplace dans l'espace. L'amplitude de ce déplacement est proportionnelle-à la dif- férence de phase entre les deux faisceaux, et la direction du déplacement est donnée par le sens de la différence de phase Par conséquent, la détection de l'amplitude et de la direction du déplacement de la forme d'onde des franges - permet de déterminer la vitesse de rotation, et son sens. Dans l'art antérieur, la détection du déplace- ment de la forme d'onde d'interférence s'effectue en em- ployant deux détecteurs photosensibles (tels que des photo- diodes) exposés à l'éclairage d'une partie de la forme d'onde, Les signaux produits par ces deux dispositifs pas- sent par un condensateur pour éliminer la composante en courant continu, la forme d'onde résultante étant transmi- 2, se à un détecteur de passage par zéro La sortie de ce dé- tecteur, ainsi que les deux signaux de sortie des disposi- tifs photosensibles, fournissent trois informations à par- tir desquelles on peut déterminer l'amplitude et le sens du déplacement de la forme d'onde d'interférence. A de faibles vitesses de rotation du gyroscope à laser, il est difficile d'obtenir une sortie précise du dé- tecteur de passage par zéro parce que l'instabilité de la composante en courant continu rend difficile le maintien îo du niveau de référence correct pour le passage par zéro de la forme d'onde sinusoïdale basse fréquence dans le dé- tecteur de passage par zéro, La présente invention a pour objet de réduire cette difficulté en prévoyant une alter- native à la détection du déplacement d'une forme d'onde cyclique d'interférence. Selon la présente invention, un moyen de détec- tion permettant de détecter le déplacement d'une forme d'onde cyclique d'interférence comprend au moins trois dis- positifs photosensibles qui sont disposés de manière à être exposés à différentes parties de la forme d'onde d'interfé- rence qui se déplace par rapport aux dispositifs, les dis- positifs étant reliés de façon à former au moins deux pai- res, et un moyen de traitement de signal pour procéder à une comparaison des signaux de sortie des deux disposi- tifs photosensibles de chaque paire et pour fournir à par- tir de ces comparaisons une mesure de l'amplitude du dépla- cement de la forme d'onde d'interférence et une indication de la direction de ce déplacement En captant les sorties des deux paires de dispositifs photosensibles, la pente locale de la forme d'onde cyclique d'interférence peut être détectée,éliminant la composante en courant continu qui est instable, Non seulement cette technique est plus précise, mais encore elle permet de se dispenser du détec- teur de passage par zéro et de l'électronique annexe qui procèdent à la synthèse de la troisième information dans les agencements de l'art antérieur. De préférence, les dispositifs photosensibles sont espacés de manière à être exposés en combinaison à. 3, pas plus d'un demi-cycle de'la forme d'onde d'interféren- ce, Les signaux de comparaison peuvent être appliqués à un circuit logique pour produire des signaux représenta- tifs de la mesure de l'amplitude du déplacement de la for- me d'onde d'interférence et d'une indication du sens de ce déplacement. Le moyen de comparaison peut être un moyen de courant différentiel qui à son tour peut utiliser un agen- cement à courant en rapport géométrique pouvant constituer une partie d'un amplificateur dit Norton L'utilisation d'un amplificateur Norton permet de faire beaucoup d'écono- mies en matière de circuits électroniques par rapport aux agencements de l'art antérieur employant deux photodiodes seulement, et ces économies font plus que compenser la (les) photodiode(s) supplémentaire(s) nécessaire(s) dans le mo- yen de détection de l'invention, On décrira maintenant en détail un moyen de dé- tection selon la présente invention, permettant de détec- ter le déplacement d'une forme d'onde cyclique d'interfé- rence-produite sur un gyroscope à laser en anneau, en liai- son avec les dessins d'accompagnement dans lesquels: La figure 1 est un schéma de circuit du moyen de détection; et La figure 2 est un tableau servant à expliquer le fonctionnement du moyen de détection, Les franges d'interférence produites-par le gy- roscope à laser en anneau représentent comme une forme d'onde sinusoldale qui, comme expliqué ci-dessus, se dépla- ce en fonction de la rotation détectée par le gyroscope. Le moyen de détection comprend trois photodiodes 1, 2, 3 qui sont espacées de façon à être exposées et balayées par une demi longueur d'onde de la forme d'onde sinusoidale, Cela établit une fenêtre dans laquelle se déplace la forme d'onde sinusoïdale lorsque le gyroscope tourne autour de son axe sensible, Les courants électriques de sortie A, B et C des trois diodes respectives i 2 et 3 sont détectés de manière a déterminer l'amplitude du déplacement de la forme d'onde et sa direction, Les trois photodiodes 1, 2 et 3 sont reliées de manière à constituer deux paires 1, 2 et 2,3, le reste du circuit de la figure 1 formant le moyen de traitement de signal permettant de comparer les courants de sortie des deux photodiodes de chaque paire et de tirer de cette com- paraison l'information recherchée, à savoir l'amplitude et le sens du déplacement de la forme d'onde sinusoidale, Les deux photodiodes 1 et 2 soît reliées à un agencement à courant en rapport géométrique ayant la con- figuration d'un étage d'entrée 4 d'un amplificateur Norton. L'étage 4 comprend deux transistors 5 et 6 qui sont adap- tés et de préférence diffusrs sur le même substrat Les deux photodiodes 2 et 3 sont reliées à un agencement à courant en rapport géométrique similaire partageant le tran- sistor 6, Les étages d'entrée de l'amplificateur Norton sont reliés à deux circuits à déclenchement de Schmidt 9 et 10;le premier circuit 9 produit un signal logique de niveau haut si le courant C est supérieur au courant B, et un signal logique de niveau bas si le courant C est infé- rieur au courant B; le second circuit 10 produit un signal logique de niveau haut si le courant A est supérieur au courant B, et un signal logique de niveau bas si le cou- rant A est inférieur au courant B. Les signaux logiques provenant des circuits de déclenchement 9 et 10 sont appliqués à un circuit logique employant des circuits condensateurs/diode 12 et 13 res- pectifs,des circuits à déclenchement de Schmidt 14 et 15, des portes ET 16 et 17, et des portes OU 18 et 19 Chaque impulsion de sortie g de la porte OU 19 représente le déplacement de la forme d'onde sinusoïdale d'un quart de longueur d'onde dans une première direction ou direction positive, et chique impulsion de sortie h de la porte OU 18 représente le déplacement de la forme d'onde sinusolda- le d'un quart de longueur d'onde dans une seconde direct tion ou direction négative, Par conséquent, les fréquences de répétition des impulsions g et h sont indicatrices de la vitesse de déplacement de la forme d'onde d'interféren- ce, et de sa direction, , Cela est décrit ci-après avec plus de détail en liaison avec la figure 2 qui se présente sous la forme d'un tableau dont la colonne de droite indique les divers pro- fils d'intensité, c'est-à-dire les diverses formes de la demi-onde apparaissant dans la fenêtre vue par les trois photodiodes 1 2 et 3, La colonne du milieu indique les relations correspondantes des courants de sortie A, B et. C provenant des trois photodiodes 1, 2 et 3, et la colon- ne de gauche définit les divers états sous forme X, Y, Z et W, En figure 1 ique les impulsions correspondant Il il t I ut IV et Il Il VI l; Il à la transition C B " " i" C>B à C B "" " IV A>B à A On peut voir que: Le passage de l'état X à l'état Z, ou l"" " " W " " X, ou " "il " Y " " W, ou " " " " Z " " Y i indique le déplacement du profil d'intensité (c'est-à-dire de la forme d'onde sinusoïdale) d'un quart de longueur d'onde, X/4 dans la direction positive. De même, Le passage de l'état Z à l'état X, ou l " " " X-" " W, ou " " " " W t" " Y ou * " t" " YZ gy "l Z indique le déplacement du profil d'intensité (c'està-dire 3 Q de la forme d'onde sinusoidale) d'un quart de longueur d'onde, À/4, dans la direction négative. La transition X vers Z, correspond à la condi- tion a A (A B), qui à son tour correspond au signal e de la figure 1, De plus, le changement de W en X correspond à d A (C > B) qui à son tour correspond au signal f de la fi- gure 1, Les autres changements d'état sont décodés de la même façon, Ainsi, les impulsions g et h représentent res- ind a h c d 6 2532436 pectivement le déplacement de La forme d'onde sinusoïdale d'an quart de longueur d'onde dans les directions positive et négative, respectivement, Les avantages particuliers du mode de réalisa- tion décrit sont les suivants (a) le circuit de traitement de signal se prête à une intégration dans le même ensemble que les photodio- des, le circuit étant simple, nécessitant peu de composants passifs et ayant une faible consommation. (b) il y a un très faible changement de tension aux bornes des photodiodes pendant le passage d'un état de sortie à un autre Cela est important si 'La capacité répartie des photodiodes ne doit pas limiter sévèrement la vitesse de réponse du système Ainsi, le moyen de détec- tion tient compte du gyroscope à laser aux vitesses de ro- tation élevées sans circuit élaboré pour le maintien de la largeur de bande des photodiodes - Alors que le mode de réalisation décrit ci-des- sus utilise trois photodiodes, le nombre de photodiodes peut être plus grand Si un réseau de N paires de photodio- des est réparti sur une demi-longueur d'onde de la forme d'onde d'interférence, il n'existe à tout moment qu'une extrême du profil d'intensité sur le réseau Alors, tout changement de l'état logique des paires correspond à un décalage de l'extrême résolu à 1/2 N d'une longueur d'on- de. C'est-à-dire que la résolution devient la lon- gueur d'onde divisée par-le nombre de diodes du réseau li- neaire La limite du nombre de diodes qui peut être emplo- yé est grandement déterminée par la désadaptation entre diodes contiguës du réseau et les décalages du comparateur; c'est-à-dire la désadaptation entre les transistors dans l'agencement à courants en rapport géométrique, Lorsque la résolution devient si élevée que la variation d'intensi- té pour des paires juste de chaque côté d'un extrême est comparable à la désadaptation, la position de la pointe devient ambiguë. On peut utiliser un amplificateur de tension dif- 7, 2532436 férentielle à la place d'un agencement à courants en rap- port géométrique, De plus, le circuit logique de la figu- re 1 peut faire appel des portes OU et NON par applica- tion du théorème de De Morgan Le circuit logique de la figure 1 emploie de préférence des puces de semi-conduc- teur en oxyde métallique. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de modifications et de varian- tesqui apparaîtront à l'homme de l'art, 8, REVENDICATIONS 1 Moyen de détection permettant de détecter le déplacement d'une forme d'onde cyclique d'interféren- ce, caractérisé en ce qu'il comprend au moins trois dispo- sitifs photosensibles qui sont disposés de façon à être exposés à des parties différentes de la forme d'onde d'interférence qui se déplace par rapport aux dispositifs photosensibles, ces dispositifs étant reliés de façon à former au moins deux paires, et un moyen de traitement de îo signal pour procéder à une comparaison des signaux de sortie des deux dispositifs photosensibles de chaque pai- re et fournir à partir de ces comparaisons une mesure de l'amplitude du déplacement de la forme d'onde d'intérfé- rence et une indication de la direction du déplacement. 2 Moyen de détection selon la revendication 1, caractérisé en ce que les paires de dispositifs photo- sensibles répondent au déplacement d'un maximum et d'un minimum dans la forme d'onde cyclique. 3 Moyen de détection selon la revendication 2, caractérisé en ce que les dispositifs photosensibles sont espacés de façon à être exposés à pas plus d'un demi- cycle de la forme d'onde d'interférence, 4 Moyen de détection selon l'une quelconque des revendications l à 3, caractérisé en ce qu'il y a quatre ou plus dispositifs photosensibles et deux ou plus paires de dispositifs. Moyen de détection selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le moyen de traitement de signal comprend un moyen de courant dif- férentiel auquel sont appliqués les courants de sortie des dispositifs photosensibles et qui produit des signaux dépendant de la comparaison, 6 Moyen de détection selon la revendication , caractérisé en ce que le moyen de courant différentiel utilise un agencement à, c Qurant en rapport géométriques 7 Moyen de détection selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'agencement à courant en rapport géométrique constitue une partie d'un amplificateur Norton. 8 Moyen de détection selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le moyen de traitement de'signal comprend un amplificateur de ten- sion différentielle auquel sont appliqués les signaux de sortie du dispositif photosensible et qui produit des signaux dépendant de la comparaison. 9 Moyen de détection selon l'une quelconque des revendicati&ns 1 à 8, caractérisé en ce que le moyen de traitement de signal comprend un moyen logique qui pro- duit deux signaux pulsés, dont le premier a une fréquen- ce de répétition d'impulsion représentative de la vitesse de déplacement de la forme d'onde d'interférence dans une direction et le second une fréquence de répétition d'impul- sion représentative de la vitesse de déplacement de la for- me d'onde d'interférence-dans la direction opposée. Gyroscope à laser en anneau ayant une for- me d'onde d'interférence qui se déplace en fonction de la rotation du gyroscope autour d'un axe sensible, le dépla- cement de la forme d'onde d'interférence étant détecté par un moyen de détection selon 1-une quelconque des revendications 1 a 9, d'o il résulte la mesure de la ro- tation et du sens de rotation.