Brevet FR2563334A1 — publié le 19851025

2563334- L'invention concerne un entraînement en rotation d'oscil- iation pour gyroscope à laser en anneau du genre comportant: a) une disposition de ressort entre une plaque de base fixe et une plaque de fixation destinée au bloc de laser en anneau et b) un empilage d'entraînement piézocéramique en contact dans la direction 33. Dans un entraînement en oscillation de rotation connu de l'espèce indiquée (DE-OS 31 50 160) est prévue une dispo- sition de ressort munie de nervures radiales concentriques autour du centre, qui s'étendent entre une plaque centrale pouvant être reliée à la plaque de base et une plaque de fi- xation destinée au bloc de laser en anneau. Sur cette plaque de fixation est prévu extérieurement un épaulement de butée s'étendant radialement, contre lequel s'applique un empilage d'entraînement piézocéramique en contact dans la direction 33, qui s'appuie par son autre extrémité sur une butée de la plaque de base. Un tel entraînement en oscillation de rota- tion est difficile à fabriquer. Par suite du bras de levier relativement grand auquel s'applique l'empilage d'entraîne- ment piézocëramique et de la déviation en force nécessaire par la plaque de base, dans un tel entraînement en oscilla- tion de rotation en vertu des élasticités, des mouvements de mutation de l'axe d'oscillation du bloc de laser en anneau sont inévitables et influencent négativement le résultat de mesure d'un gyroscope à laser en anneau. On connait en outre un entraînement en oscillation de rotation pour gyroscope à laser en anneau (brevet US 3 373 650) dans lequel le bloc de laser en anneau est monté sur trois ressorts à lame radiaux qui s'étendent de leurs points de fixation au bloc de laser en anneau vers l'axe de rotation et sont fixés par cette extrémité sur la plaque de base. Entre l'un des points de fixation au bloc de laser en anneau et la plaque de base fixe est prévu un entraînement magnétique de vibratOio n. Une telle disposition a particulièrement tendance à des iaouve:nents de mutation de lIaxe de rotation du bloc de laser en anneau. Le problème de l'invention est de donner à un entraine- ment en oscillation de rotation de l'espèce indiquée une cons- 2 2563334 titution telle que l'on puisse avec une grande certitude évi- ter des mouvements de nutation de l'axe de rotation, qu'en même temps, lors de la fabrication, les exigences à poser soient notablement moindres que dans les entraînements en os- cillation de rotation connus. Ce problème est résolu selon l'invention par le fait: c) que dans le même plan sont disposées côte à côte une pre- mière plaque pouvant être reliée à la plaque de base fixe et une deuxième plaque pouvant être reliée à la plaque de fixation destinée au bloc de laser en anneau, d) que la disposition de ressort est conçue sous forme d'ar- ticulation à ressort de flexion rigide en torsion, reliant la première et la deuxième plaques et présentant un axe de rotation perpendiculaire au plan du trajet des rayons du laser en anneau, e) que la premiere et la deuxième plaques, ainsi que l'arti- culation à ressort de flexion, sont d'une seule pièce, f) qu'en partant de l'articulation à ressort de flexion, deux fentes passent entre la première et la deuxième plaques, que g) l'enpilage d'entraîremnt piézoélectrique est disposé dans des perforations alignées entre elles de la première et de la deuxième plaques et agit entre la première et la deuxième plaques, et h) que l'axe de l'empilage d'entraSnement piézocéramique est situé, en hauteur, à mi-chemin entre les surfaces de la première et de la deuxième plaques. Des aménagements avan- tageux sont expliqués plus loin. L'invention est représentée à titre d'exemple par les dessins et décrite en détail ci-après à propos des dessins sur lesquels: - la figure 1 montre schématiquement la structure d'un laser en anneau de gyroscope à laser en anneau avec entraine- ment d'oscillation en rotation selon l'invention-; - la figure 2 montre schématiquement l'action d'un res- sort de flexion et les sources d'erreur possibles; - la figure 3 est un plan de l'entraînement en oscilla- tion de rotation; - la figure 4 est une élévation de l'entraînement en ro- tation d'oscillation selon la figure 3, vu par la gauche; - la figure 5 montre un piézoentraînement en élévation latérale; - la figure 6 montre un autre mode d'exécution d'un en- trainement en oscillation de rotation. - la figure 7 est une élévation latérale de l'entraîne- ment selon la figure 6, dans le sens de la flèche X. Sur la figure 1 est représenté le bloc 2 d'un laser en anneau dans lequel est constitué le parcours triangulaire 4 sur lequel tournent les trains d'ondes opposés, renvoyés par les trois miroirs d'angle 6, 8 et 10. Pour engendrer le rayon- nement laser, il est prévu de façon connue un milieu actif qui n'est pas représenté. On n'a pas représenté non plus les possibilités usuelles de réglage des miroirs d'angle ni les moyens de découplage de fractions de rayonnement pour la dé- termination du taux de vitesse de rotation. Au bloc 2 du laser en anneau est fixé un entraînement en oscillation de rotation 12 qui peut être par exemple disposé sur un disque 14 qui est formé d'un métal ayant à peu près le même coefficient de dilatation que la matière dont est fabri- quer le bloc 2. La fixation de l'entraînement d'oscillation en rotation 12 peut aussi, toutefois, s'effectuer de façon usuelle, par l'intermédiaire d'un dispositif de blocage muni d'une plaque de tension. L'entraînement en oscillation de rotation représenté par la figure 1 présente deux plaques 16, 18 qui sont reliées en- tre elles par l'intermédiaire d'une articulation à ressort de flexion 20. L'articulation à ressort de flexion, qui a un axe virtuel de rotation 22 perpendiculaire au plan du trajet des rayons 4, est d'une seule pièce avec les deux plaques 16 et 18. Entre les deux plaques est disposé, comme entraînement de vibration, un empilage d'entraînement piézocéramique 24, comme on le décrira en détail plus loin. Par les trous filetés 26 de la plaque 18 s'effectue la fixation sur la plaque de fixa- tion 14 et donc au bloc 2 du laser en anneau. A travers les perforations 28 passent les vis par lesquelles l'entraînement est fixé sur une plaque de base ou analogue. L'entraînement piézocéramique est muni d'un branchement pour un courant al- ternatif à haute tension à moyenne fréquence, de préférence de 400 Hz. 4 2563334 D'autres détails sont décrits ci-après à propos de la figure 3. Un gyroscope à laser en anneau ne réagit qu'à des mouve- ments de rotation. Il faut donc faire en sorte que l'axe de rotation 22 de l'articulation à ressort de flexion soit per- pendiculaire au plan du trajet des rayons 4, même sous les charges dynamiques qui se produisent. Sur la figure 2, on a représenté schématiquement l'action d'un ressort de flexion avec ses possibilités de mouvement. Le ressort de flexion est ici représenté sous forme de ressort à lame F qui est enserré d'un côté dans un socle S. Sous l'action d'une force K, le ressort F fléchit autour de l'axe A dans le sens des aiguilles d'une montre, comme indiqué par la flèche. Le ressort effec- tue un pur mouvement de rotation autour del'axe A quand la force K agit de façon centrée sur le ressort. Par suite du mouvement de translation qui se produit alors entre les deux positions extrêmes qui sont indiquées ici en trait plein et en tirets, la sortie du gyroscope à laser ne subit aucune es- pèce d'erreur dans le signal de sortie. Si la force K agit de façon excentrée, il se produit un mouvement de torsion du ressort autour de l'axe T et en même temps un mouvement d'in- clinaison autour de l'axe N. Le mouvement de torsion et le mouvement d'inclinaison peuvent être éliminés par des dimen- sions appropriées du ressort ainsi que par une application aussi symétrique que possible des forces de sorte qu'il se produit seulement des mouvements de rotation autour de l'axe vertical 22, auxquels se superposent éventuellement des mou- vements de translation, tandis que des mouvements de rotation autour de plus d'un axe, donc des mouvements de nutation, sont évités. L'entraînement en oscillation de rotation représenté sur la figure 1 est décrit en détail ci-après à propos des figu- res 3 et 4 présente, dans l'exemple représenté, une circonfé- rence extérieure cylindrique. Toutefois, le contour extérieur peut avoir une forme de section différente. L'articulation à ressort de flexion 20, avec l'axe vir- tuel vertical de rotation 22, est limité des deux côtés, dans l'exemple d'exécution, par des surfaces latérales cylindriques à axes 30, 32 parallèles à l'axe de rotation. L'espacement de ces axes et le rayon des surfaces latérales cylindriques dé- terminent la largeur de l'art.cuiation à ressort 20. Les sur- faces latérales cylindriques s'étendent ici sur 2700. A la surface latérale cylindrique 30 fait suite une fente 36 pré- sentant une première partie 38 qui est alignée sur la fente 34. La fente 38 rejoint perpendiculairement une deuxième par- tie 40 qui rejoint à nouveau perpendiculairement une troisiè- me partie 42 qui, à nouveau, conduit à la circonférence exté- rieure de l'entraînement en oscillation de rotation. Avec un axe 45 qui est parallèle à la ligne de jonction entre les axes des surfaces latérales cylindriques 32 et ici parallèle à la fente 34 et à la partie de fente 38, est prévu un alésage 44, traversant les deux plaques et qui constitue, dans la plaque 18, un trou borgne. Dans l'aile 48 de la pla- que 16, formée par la fente 3E, la perforation 44 est conçue sous forme d'alésage fileté traversante 50. Dans l'alësage 44 est logé un entraînement piézoélectri- que 52 qui s'appuie par une extrémité par l'intermédiaire d'un montage à bille centrale 54, contre le fond de l'alésage borgne 46. Dans l'alésage fileté 50 est vissé un bouchon fi- leté 56 par l'intermédiaire duquel l'élément piézocéramique d'entraînement 52 est poussé avec précharge contre le fond de l'alésage borgne 46. Comme indiqué sur la figure 4, l'axe 42 de l'alésage 44 est disDosé à michemin entre les surfaces 58 et 60 des deux plaques 16 et 18 qui sont de préférence parallèles entre elles. De cette manière, il est assuré que l'articulation à resscrt de flexion 20 subit l'action de façon centrée, au sens décrit plus haut, et qu'ainsi aucun mouvement de torsion ni d'inclinaison ne soient transmis à l'entrainement par 1' entrainement piézocé-ramique. Par suite de la constitution décrite de l'articulation à ressort de flexion, il ne se pro- duit. que de très faibles mouvements de translation qui, tou- tefois, conuae on l'a indiqué plus haut, n'influencent pas né- -5 gativement le signal de sortie. Par suite de la disposition des perforations 26, 28 aux sommets d'un triangle, comme c'est le cas dans le mode d'exé- cution, on évite aussi dans une large mesure les mouvements de torsion et d'inclinaison qui peuvent résulter de l'élasti- S563334 cité de la fixation de l'entraînement en oscillation de rota- tion. L'entraînemaent piézocéramique 24 est représenté sur la figure 5. Il est formé d'une pile de disques piézocéramiques 62 qui sont en contact dans la direction 33 de sorte que la polarisation et le champ électrique appliqué sont alignés et qu'ainsi, la force maximale de réglage est engendrée. Les disques 62 sont disposés sur une vis 64 qui passe à travers un disque de tête à une extrémité et s'engage par son autre coté dans un disque de pied 68 muni d'un filetage intérieur. Ce disque de pied est de préférence muni du montage à biie centrale 54 mentionné plus haut. Par l'intermédiaire de la vis 64, la pile de disques piézocéramiques 62 reçoit sa pré- charge. Les revêtements conducteurs des disques piézocérami- iS ques sont reliés respectivement à deux conducteurs électri- ques non représentes qui arrivent par l'extérieur à l'entral- nement en oscillation de rotation. L'entraînement piézocéramique 24 se raccorde à un cou- rant alternatif à haute tension à moyenne fréquence, de pré- férence de 400 Hz. L'entraînement poézocéramique engendre un très grand moment d'entraînement qui, pour le disque indivi- duel, n'agit que sur une très petite course. Toutefois, par le choix du nombre total des disques piézocéramiques, on peut engendrer une emplitude de mouvement suffisante. Grace à une distance aussi petite que possible entre l'axe central 45 de l'entraînement piézocéramique 24 et l'axe de rotation 22, on peut obtenir pour l'entraînement en oscillation de rotation une amplitude d'oscillation suffisante. Sur toute l'amplitude on dispose du grand moment mentionné qui est si grand que 1' amortissement que subit éventuellement l'entraînement en ser- vice ne l'amène pas à l'arrêt. Les deux plaques 16 et 18, avec l'articulation à ressort de flexion qui les relie, sont formées d'un acier trempant. L'articulation à ressort elle-même est relativement peu char- gée dans le domaine élastique de sorte qu'il faut s'attendre à un temps de service long. Dans l'entraînement en oscillation de rotation décrit ci-dessus, la force de réaction doit être absorbée par la plaque de base qui, à cet effet, doit être conçue avec une ú563334 masse appropriée. On peut réaliser un entraînement en oscil- lation de rotation exempt de réaction en prévoyant l'un au dessus de l'autre deux entraînementsen oscillation de rota- tion oscillant en sens opposé. Un tel mode d'exécution, tra- pézoidal dans le plan, est représenté sur les figures 6 et 7. Dans ce mode d'exécution, sur une plaque 70qui se fize sur la plaque de base, sont disposées l'une au dessus de l'autre deux plaques 72, 74, à savoir une plaque 72 pour la fixation du bloc de laser en anneau et une plaque 74 qui constitue une masse antagoniste ou à laquelle peut se fixer une masse anta- goniste. Les deux plaques 72 et 74 sont articulées à la pla- que 70 par l'intermédiaire d'articulations à ressort de fle- xion 76, 78, coaxiales ou alignées, ayant des axes de rota- tion 75, 77. Les trois plaques 70, 72, 74, avec les articula- tions à ressort de flexion 76, 78, sont ici à nouveau d'une seule pièce. Les articulations à ressort de flexion 76, 78 sont limi- tées de la façon décrite plus haut par deux surfaces latéra- les cylindriques concaves 96, 98 qui s'étendent ici sur 180 et rejoignent à nouveau des fentes 80, 81 et 82, 83, la fente , 82 étant chaque fois en L. Les empilages d'entraînement piézocéramiques 84, 86 ont ici à nouveau leurs axes 89, 93 parallèles à la ligne de jonc- tion des axes 97, 99 des deux surfaces latérales cylindriques 96, 98 et disposés sur le côté des articulations à ressort 76, 78. Ils sont respectivement placés comme décrit plus haut dans des trous borgnes des deux plaques 72 et 74, qui s'ali- gnent sur des trous filetés 92, 94 de butées 88, 90 qui sont chaque fois formées du côté frontal, devant les plaques 72, 74, sur la plaque 70. Les empilages d'entraînement sont main- tenus sous une précharge par des bouchons filetés non re- présentés sur les figures 6 et 7. Les axes 89, 93 des entraî- nements sont chaque fois situés, en hauteur, à mi-chemin en- tre les surfaces des plaques 72, 74. Les perforations 71 servent à la fixation de la plaque sur la plaque de base. Les trous filetés 73 servent à la fixation des montures du bloc de laser en anneau et les trous filetés 75 à la fixation d'une masse antagoniste 69 qui est indiquée en tireté sur la figure 6. Dans la disposition décrite, les entraînements agissent en sens opposé. Ils sont alimentés chacun par le courant al- ternatif avec la môme phase. Par suite de la construction d'une seule pièce dans les deux modes d'exécution de l'entraînement d'oscillation, on évite avec certitude des décalages des pièces les unes par rapport aux autres et des déformations élastiques des liai- sons, qui sont inévitables lors de l'assemblage des entra1ne- ments en partant de plusieurs pièces. Comme on l'a déjà indi- qué plus haut, l'entraînement dispose d'un si grand moment d'entraînement que l'on peut même le faire fonctionner avec un grand amortissement et hors du point de résonance. En outre, avec des dimensions appropriées de l'articulation à ressort, on peut arriver à ce que les fréquences propres des oscillations de torsion et d'inclinaison soient très éloignées de la fréquence de travail et ne soient donc pas excitées. 2563i34 REVENDICATIONS 1L Entraînement en rotation d'oscillation pour gyroscope à laser en anneau du genre comportant: a) une disposition de ressort entre une plaque de base fixe et une plaque de fixation destinée au bloc de laser en anneau et b) un empilage d'entraînement piézocéramique en contact dans la direction 33 caractérisé par le fait: c) que dans le même plan sont disposées côte à côte une pre- mière plaque (16) pouvant être reliée à la plaque de base fixe et une deuxième plaque (18) pouvant être reliée à la plaque de fixation (14) destinée au bloc de laser en an- neau, d) que la disposition de ressort est conçue sous forme d'ar- ticulation à ressort de flexion (20) rigide en torsion, reliant la première et la deuxième plaques (16, 18) et pré- sentant un axe de rotation (22) perpendiculaire au plan du trajet des rayons du laser en anneau, e) que la première et la deuxième plaques (16, 18), ainsi que l'articulation à ressort de flexion (20), sont d'une seule pièce, f) qu'en partant de l'articulation à ressort de flexion (20) deux fentes (34, 36) passent entre la première et la deu- xième plaques (16, 18), g) que l'empilage d'entraînement piézoélectrique (24) est dis- posé dans des perforations (44, 46 48) alignées entre elles de la première et de la deuxième plaques(16, 18) et agit entre la première et la deuxième plaques (16, 18), et h) que l'axe (45) de l'empilage d'entraînement piézocéramique (24) est situé, en hauteur, à mi-chemin entre les surfaces (58, 60) de la première et de la deuxième plaques (16, 18). 2. Entraînement en rotation d'oscillation pour gyroscope à laser en anneau du genre comportant a) une disposition de ressort entre une plaque de base fixe et une plaque de fixation destinée au bloc de laser en anneau et b) un ermpilag-e d'entrainement piézocéramique en contact dans la direction 33, caractérisé par le fait: c) que sur le côté de la première plaque (70) pouvant être reliée à la plaque de base fixe sont disposées, l'une au dessus de l'autre, une deuxième plaque (72) pouvant être reliée à la plaque de montage.destinée au bloc de laser en anneau et une troisième plaque (74 jouant le rôle de masse antagoniste, d) que la disposition de ressort est conçue sous forme d'ar- ticulation à ressort de flexion (76, 78) reliant la deu- xième et la troisième plaques chacune à la première plaque et présentant des axes de rotation (77, 79) perpendiculai- res au plan du trajet des rayons du laser en anneau et ali- gnés entre eux, e) que la première, la deuxième et la troisième plaques (70, 72, 74), ainsi que les articulations à ressort de flexion (76, 78) sont d'une seule pièce, f) qu'en partant des articulations à ressort de flexion (76, 78) deux fentes (80, 81; 82, 83) passent chaque fois entre la première et la deuxième plaques et entre la première et la troisième plaques, g) qu'un empilage d'entraînement piézocéramique (94, 96) est respectivement disposé dans des alésages alignés entre eux (86, 91; 88, 92) de la première et de la deuxième plaques (70,72) et de la première et de la troisième plaques (70,74) et agit respectivement entre la première et la deuxième plaques et entre la première et la troisième plaques, - h) que les axes (89, 93) des empilages d'entraînement piézo- céramiques (94, 96) sont chacun situés, en hauteur, à mi- chemin entre les surfaces pratiquement parallèles de-la deuxième et de la troisième plaques (72, 74). 3. Entraînement selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que l'articulation à ressort de fle- xion (20) présente des deux côtés des surfaces latérales cy- lindriques concaves à axes (30, 32) parallèle à l'axe de ro- tation. 4. Entraînement selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que l'une des fentes (36) présente une première partie (38) adjacente à l'articulation à ressort de flexion (20) et une deuxième partie (40) perpendiculaire à la première. 5. Entraînement selon la revendication 4, caractérisé par le fait que la deuxième partie (40) rejoint une troisième partie (42) parallèle à la première partie (38). 6. Entralnement selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le piézoentraînement (24) a son axe (45) pa- rallèle à la ligne de jonction des axes (30, 32) des surfaces latérales cylindriques. 7. Entraînement selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que l'un des alésages alignés entre eux dans l'une des deux plaques est un trou borgne (46). 8. Entraînement selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la troisième plaque (74) est munie de moyens de fixation (75) servant à retenir une masse supplémentaire (69).