Brevet FR2562239A1 — publié le 19851004

DISPOSITIF D'ELIMINATION DES BRUITS D'ACTIVATION D'UN GYRO- METRE LASER ET GYROMETRE LASER UTILISANT LEDIT DISPOSITIF. La présente invention concerne un dispositif d'élimination des bruits d'activation d'un gyromètre laser. D'une manière générale, on sait qu'un gyromètre laser consiste en un dispositif interférométrique effectuant un mélange de deux rayonnements laser engendrés, en sens inver- se, dans un périmètre optique en boucle fermée réalisé dans un bloc optique, afin d'obtenir un système de franges d'interférence parallèles dont le défilement permet la mesure de la rotation du gyromètre autour d'un axe perpendi- culaire au plan du périmètre. Cette mesure est habituellement effectuée au moyen d'un organe de détection optoélectronique qui fournit, à sa sortie, un signal impulsionnel, dont chacune des impulsions correspond à un incrément d'angle de rotation du bloc opti- que. Ainsi, le comptage de ces impulsions permet d'obtenir un signal numérique représentatif de la position angulaire du bloc optique. Ces gyromètres laser peuvent en outre comprendre, pour s'affranchir de leur défaut bien connu de zone aveugle, un dispositif d'activation mécanique qui consiste à faire osciller le bloc optique autour de son axe de mesure. Cette activation mécanique présente l'inconvénient de rajouter un bruit important au signal utile représentant la rotation à mesurer. Plusieurs solutions ont déjà été proposées en vue de suppri- mer ce bruit, solutions parmi lesquelles on mentionnera seulement: - l'utilisation d'un dispositif optique qui, par une modi- fication du chemin optique du rayonnement laser en fonc- tion des déplacements du bloc optique par rapport à son support, crée un défilement des franges d'interférence en sens opposé de celui de la rotation de l'activation; - le traitement numérique du signal de mesure, par un logi- ciel approprié, en vue de réaliser un filtrage de ce signal; - la mesure de la position instantanée du bloc optique par rapport à son support et sa soustraction du signal utile. Cette dernière mesure est couramment réalisée à partir de céramiques piézoélectriques ou de jauges de contraintes placées sur une des lames souples qui constituent l'articu- lation du dispositif d'activation. Il s'avère que ces dispositifs présentent l'inconvénient d'être peu précis et peu stables en température. L'invention propose donc un dispositif permettant d'obtenir une meilleure précision et une stabilité plus facilement maîtrisée. A cet effet, elle utilise, pour la mesure du mouvement d'activation, un détecteur électromagnétique fournissant un signal analogique représentatif de la vitesse angulaire relative du bloc optique par rapport à son sup- port. - 3 - Selon une caractéristique de l'invention, ce détecteur électromagnétique peut comprendre une bobine circulaire se déplaçant dans le champ radial d'un aimant permanent, ladite bobine et ledit aimant pouvant être placés indifféremment, l'un solidaire du bloc optique et l'autre solidaire du bol- tier. De préférence, l'axe de sensibilité de ce détecteur électromagnétique est placé tangentiellement à un cercle centré sur l'axe de rotation du bloc optique sur son sup- port. Bien entendu, l'invention concerne également un gyromètre laser équipé d'un dispositif d'élimination des bruits d'activation tel que précédemment défini. Des modes de réalisation de l'invention seront décrits ci- après, à titre d'exemples non limitatifs, avec référence aux dessins annexés dans lesquels: La figure 1 est une coupe axiale schématique d'un gyromètre laser équipé d'un dispositif d'élimination des bruits d'activation, selon l'invention. La figure 2 est une vue schématique de dessus, par- tiellement en coupe, du gyromètre laser représenté figure 1. La figure 3 est un schéma théorique d'un premier mode d'exécution du circuit-électronique équipant le gyro- mètre laser. La figure 4 illustre un autre mode d'exécution du circuit électronique équipant le gyromètre laser. Tel que représenté sur les figures 1 et 2, le gyromètre laser se compose d'un bloc optique 1 monté oscillant autour d'un axe 2 sur la structure support 3 du gyromètre. Cette structure support peut, par exemple, consister en une partie d'un boîtier contenant l'ensemble du gyromètre. Dans tous - 4 les cas, elle est montée fixement sur le mobile dont on veut mesurer les déplacements. Dans cet exemple, le montage du bloc optique 1 sur la structure support 3 est assuré au moyen d'une pièce de liaison comprenant une platine circu- laire 4 sur laquelle est fixé le bloc optique 1 et une partie cylindrique coaxiale 5 passant au travers d'un évide- ment cylindrique 6 de la structure support 3 et reliée à celle-ci au moyen d'une pluralité d'ailettes radiales élas- tiques 7. Le bloc optique 1 se trouve par ailleurs soumis à un mouve- ment d'activation, autour de l'axe 2, engendré au moyen d'un moteur couple non représenté. La mesure de ce mouvement d'activation (sinusoidal) est effectuée par au moins un détecteur électromagnétique 8 comprenant une bobine circulaire 9 placée dans l'entrefer annulaire et radial d'un aimant permanent 10 présentant une section axiale (de révolution) sensiblement en forme de E. Dans cet exemple, la bobine 9 est portée par une pièce de support 12 solidaire de la structure de support 3 du gyromè- tre, tandis que l'aimant 10 est porté par un bras 13 soli- daire de la platine circulaire 4. Par ailleurs, la bobine 9 et l'aimant 10 sont axés (axe de sensibilité du détecteur) tangentiellement à un cercle 14 centré sur l'axe de rotation 2, de manière à ce que le mouvement d'activation du bloc optique 1 entraîne un déplacement relatif de la bobine 10 dans l'entrefer de l'aimant 9, dont l'amplitude est fonction de la distance de l'ensemble bobine 10/aimant 9 à l'axe de rotation 2. Cette distance est donc déterminée en fonction de l'amplitude du mouvement d'activation et de la longueur axiale de l'entrefer de l'aimant permanent 10, de manière à ce que le signal électrique de sortie de la bobine 9 soit de forme sinusoïdale et représente la vitesse relative de la bobine 9 dans l'aimant 10 et, par conséquent, la vitesse angulaire du bloc optique 1 par rapport à la structure support 3. - 5 - La stabilité de la tension de sortie de ce détecteur élec- tromagnétique 8 dépend principalement des choix effectués pour réaliser la bobine 10 et l'aimant 9. Ainsi, on pourra avantageusement utiliser des ensembles aimant 9 - bobine 10 analogues à ceux qui servent à effectuer le rappel des pen- dules des accéléromètres pendulaires asservis de précision. Dans de tels accéléromètres, la stabilité thermique du facteur d'échelle est assurée, soit par la nature de l'aimant 10 qui est alors compensé en température, soit par une compensation électrique effectuée à partir d'une mesure de température de l'accéléromètre. Bien entendu, l'invention ne se limite pas au détecteur électromagnétique précédemment décrit. En effet, il est également possible d'utiliser, sans sortir du cadre de l'in- vention, des détecteurs électromagnétiques utilisant des bobines 9 ou des aimants 10 de formes et de dispositions différentes. Par ailleurs, le signal issu de la bobine 9 pourra, bien entendu, être utilisé à la fois pour l'élimination des bruits d'activation du gyromètre laser et pour servir à asservir l'amplitude du mouvement d'activation. Les schémas représentés sur les figures 3 et 4 illustrent deux modes d'exploitation préférés du signal délivré par le détecteur électromagnétique. Il convient tout d'abord de noter que, dans l'un et l'autre cas, le gyromètre laser comprend à la sortie du bloc optique 1, un dispositif de détection 15 des franges d'interférence produites par le mélange des deux rayonnements laser, ainsi qu'un circuit électronique de sortie 16 permettant de déli- vrer un signal impulsionnel, dont chacune des impulsions correspond à un incrément d'angle représentatif de la somme algébrique de la rotation de la structure support 3 par rapport à un système de référence fixe et de la rotation du -6- bloc optique 1 par rapport à un système de coordonnées de référence lié à la structure support 3. Dans l'exemple représenté sur la figure 3, le signal analo- gique fourni par la bobine 9 du détecteur électromagnétique 8 est directement transmis à un convertisseur tension/fré- quence 17 qui transforme le signal analogique (sinusoidal) fourni par la bobine 9 en un signal impulsionnel dont chacu- ne des impulsions représente un incrément d'angle entre le bloc optique 1 et la structure support 3. Ces impulsions sont envoyées à un compteur-décompteur 18 qui reçoit également les impulsions issues du circuit électroni- que de sortie 16 du gyromètre laser. Ce compteur-décompteur 18 effectue la différence entre les informations issues du gyromètre et les informations issues du convertisseur 17 et fournit, en conséquence, un signal numérique représentatif de la position angulaire de la structure support 3 par rapport au système de coordonnées de référence fixe et, en conséquence, des mouvements du mobile que l'on veut mesurer. Ce comptçur-décompteur 18 peut avantageusement faire partie d'un calculateur numérique 19 associé au gyromètre laser. Dans l'exemple représenté sur la figure 4, le signal fourni par la bobine 9 du détecteur électromagnétique 8 est intégré par un intégrateur analogique 20 puis converti en informa- tion numérique de position angulaire par un convertisseur analogique/numérique rapide 21. Dans ce cas, le signal impulsionnel produit par le disposi- tif électronique de sortie 16 du gyromètre laser (incréments d'angle de rotation) est transmis à un compteur-décompteur 22 qui fournit, à sa sortie, un signal numérique représenta- tif de la position angulaire du bloc optique 1 par rapport au système de coordonnées de référence fixe. Le calculateur 23 servant à l'exploitation des informations du gyromètre laser, comprend alors des moyens 24 pour sous- traire les données issues du convertisseur analogique/numé- rique 21 des données fournies par le compteur-décompteur 22. -7- Après la soustraction de ces données, (qui sont respective- ment représentatives des mouvements du bloc optique 1 par rapport au système de coordonnées lié à la structure de support 3 et des mouvements du bloc optique 1 par rapport au système de coordonnées fixe) le calculateur 23 obtient des données relatives aux mouvements de la structure support 3 par rapport au système de coordonnées de référence, c'est-à- dire des données représentant exactement les mouvements du mobile à mesurer. Il convient de noter que, pour éviter des dérives supplémen- taires, les dispositifs décrits en regard des figures 3 et 4 peuvent en outre comprendre des moyens permettant de s'assu- rer que la moyenne des informations issues, soit du conver- tisseur tension/fréquence 17 (cas de la figure 3), soit du convertisseur analogique-numérique 21 (cas de la figure 4) est bien nulle dans le temps, puisque le signal détecté est un signal sinusoidal. Ces moyens qui sont bien connus en eux-mêmes ne seront pas, par conséquent, décrits. Revendications de brevet 1. Dispositif d'élimination des bruits d'activation d'un gyromètre laser du type comprenant: - un bloc optique (1) monté rotatif sur un support (3) et muni d'au moins un périmètre optique en boucle fermée, à l'intérieur duquel sont engendrés deux rayonnements laser en sens inverse, - des moyens permettant d'effectuer un mélange de ces deux rayonnements en vue d'obtenir un système de franges d'interférence parallèles, - un dispositif (15, 16) permettant de fournir un signal impulsionnel dont les impulsions sont représentatives d'un incrément d'angle'de rotation du bloc optique (1) par rapport à un système de coordonnées de référence à partir de la mesure du défilement des franges d'interfé- rence, - des moyens d'activation mécanique permettant de faire osciller le bloc optique (1) par rapport à son support (3), et - des moyens permettant de soustraire au signal représenta- tif de la rotation du bloc optique (1) par rapport au système de coordonnées de référence, un signal représen- tatif des oscillations du bloc optique (1) par rapport à- son support (3), caractérisé en ce que le signal représentatif des oscilla- tions du bloc optique (1) par rapport à son support (3) est obtenu au moyen d'un détecteur électromagnétique (8) comprenant au moins deux parties mobiles l'une par rapport à l'autre et respectivement solidarisées audit bloc optique (1) et audit support (3), ce détecteur électromagnétique (8) étant conçu pour fournir un signal analogique représentatif -9 - de la vitesse angulaire relative du bloc optique (1) par rapport à son support (3). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le détecteur électromagnétique (8) est constitué par une bobine (9) portée par l'une des deux susdites parties et se déplaçant dans le champ d'un aimant permanent (10) porté par l'autre partie. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la susdite bobine (9) présente une forme circulaire et se déplace dans le champ magnétique radial engendré dans l'entrefer d'un aimant permanent (10) qui présente une section axiale sensiblement en forme de E. 4. Dispositif selon l'une des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que le susdit détecteur électromagnétique (8) présente une structure similaire à celle d'un moteur couple de rappel d'un accéléromètre pendulaire asservi. 5. Dispositif selon l'une des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que l'axe de sensibilité du détecteur électromagnétique (8) est placé tangentiellement à un cercle (14) centré sur l'axe de rotation (2) du mouvement d'activa- tion du bloc optique (1). 6. Dispositif selon l'une des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que les moyens permettant de retrancher au signal représentatif de la rotation du bloc optique (1) par rapport au système de coordonnées de référence, un signal représentatif des oscillations du bloc optique (1) par rapport à son support (3), comprennent: - un convertisseur tension fréquence (17) transformant le signal analogique fourni par le susdit détecteur électro- - 10 - magnétique (8), en un premier signal impulsionnel dont chacune des impulsions représente un incrément d'angle de rotation entre le bloc optique (1) et le support (3), et - un compteur-décompteur (18) qui reçoit ledit premier signal impulsionnel et un second signal impulsionnel dont les impulsions représentent les incréments d'angle de rotation du bloc optique (1) par rapport au système de coordonnées de référence. 7. Dispositif selon l'une des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que les moyens permettant de retrancher au signal représentatif de la rotation du bloc optique (1) par rapport au système de coordonnées de référence fixe, un signal représentatif des oscillations du bloc optique (1) par rapport à son support (3), comprennent: - un compteur-décompteur (22) permettant de transformer le signal impulsionnel dont les impulsions représentent des incréments d'angle de rotation du bloc optique (1) par rapport au système de référence fixe en un signal numéri- que représentatif de la position angulaire du bloc opti- que (1) par rapport audit système de coordonnées de référence, - un intégrateur analogique (20) recevant le signal fourni par le détecteur électromagnétique (8) et dont la sortie est reliée à un convertisseur analogique-numérique (21) qui fournit une information numérique représentative de la position angulaire du bloc optique (1) par rapport à la structure support (3), et - des moyens permettant de soustraire les informations fournies par ledit convertisseur analogique/numérique (21) des informations fournies par ledit compteur- décompteur (22). - 11 - 8. Gyromètre laser du type comprenant: - un bloc optique (1) monté rotatif sur un support (3) et muni d'au moins un périmètre optique en boucle fermée, à l'intérieur duquel sont engendrés deux rayonnements laser en sens inverse, - des moyens permettant d'effectuer un mélange de ces deux rayonnements en vue d'obtenir un système de franges d'interférence parallèles, - un dispositif (15, 16) permettant de fournir un signal impulsionnel dont les impulsions sont représentatives d'un incrément d'angle de rotation du bloc optique (1) par rapport à un système de coordonnées de référence à partir de la mesure du défilement des franges d'interfé- rence, - des moyens d'activation mécanique permettant de faire osciller le bloc optique (1) par rapport à son support (3), et - des moyens permettant de soustraire au signal représenta- tif de la rotation du bloc optique (1) par rapport au système de coordonnées de référence, un signal représen- tatif des oscillations du bloc optique (1) par rapport à son support (3), caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif d'élimination des bruits d'activation selon l'une des revendications précédentes.