Brevet FR2583513A1 — publié le 19861219

Ensemble de détection à détecteurs multiples pour la navigation La présente invention concerne des ensembles gy- roscopiques à détecteurs multiples, et plus particulière- ment un tel ensemble permettant de réaliser la détection d'une vitesse et d'une accélération. Les systèmes de guidage pour avions modernes re- quièrent la détection d'une vitesse et d'une accélération. Habituellement ceci est réalisé grâce à l'utilisation d'un ensemble gyroscopique à détecteurs multiples, qui fonction- ne en détectant une vitesse angulaire autour d'un certain axe perpendiculaire à l'axe du palier de support en rotation du dispositif, grâce à l'utilisation d'un élément gyrosco- pique. Cet élément gyroscopique est retenu mécaniquement par un barreau de cristal piézoélectrique de sorte qu'une réac- tion gyroscopique à une vitesse angulaire applique une con- trainte mécanique au barreau de cristal piézoélectrique, qui à son tour produit un signal de sortie électrique proportion- nel à la vitesse angulaire d'entrée. De façon similaire, un barreau de cristal piézoélectrique retenu peut être utilisé pour détecter une accélération linéaire le long d'un axe per- pendiculaire à l'axe du palier de support en rotation. Par conséquent, grâce à l'utilisation d'un ou plusieurs barreaux de cristal piézoélectrique retenus mécaniquement, on peut transformer à la fois des amplitudes de vitesse angulaire et d'accélération en des signaux électriques. Dans des dispositifs de l'art antérieur, on uti- lisait des bagues de glissement pour relier les sorties du barreau de cristal piézoélectrique à des circuits de trai- tement électriques. Ceci a pour effet d'introduire dans le circuit un bruit parasite lié à la bague de glissement, qui réduit le rapport signal/bruit, qui est indicatif du ren- dement obtenu. En outre, dans les dispositifs antérieurs, il se produisait un captage du bruit du palier de support en ro- tation. Ceci est dû au montage des barreaux de cristal pié- zoélectriques le long d'axes qui étaient sensibles aux ef- fets du bruit lié au jeu de l'extrémité du palier de support en rotation, en entraînant à nouveau une réduction du rap- port signal/bruit. Dans certaines techniques de l'art antérieur, on a essayé de résoudre ces problèmes par l'utilisa- tion d'ensembles complexes comportant un grand nombre de piè- ces, impliquant une dépense élévée, tout en limitant l'ac- croissement du rendement de fonctionnement. La présente invention résoud les problèmes de l'art antérieur en fournissant deux avantages importants. Elle réduit l'effet du bruit produit par la bague de glissement sur le système électronique de l'instrument. Ceci est obtenu grâce à un accroissement du facteur d'échel- le de vitesse (signal électrique pour une vitesse ou fréquen- ce angulaire d'entrée donnée - MV/o/s). Cet accroissement du facteur d'échelle accroît le niveau de performance de l'instrument par rapport aux réalisations précédentes. Elle réduit l'effet du bruit du palier de support en rotation. Grâce au montage du barreau de cristal piézo- électrique de manière que ses extrémités de soutien soient alignées avec l'axe de rotation, l'axe insensible du barreau de cristal est orienté le long de l'axe du palier de support en rotation. Ceci réduit l'effet du bruit produit par le jeu de l'extrémité du palier de support en rotation et augmente le niveau de performance de l'instrument par rapport aux réa- lisations antérieures. La présente invention fonctionne en détectant une vitesse angulaire autour d'un certain axe perpendiculaire à l'axe du palier de support en rotation, moyennant l'uti- lisation d'un élément gyroscopique. Cet élément gyroscopi- que est retenu mécaniquement par un barreau de cristal pié- zoélectrique monté de manière que ses extrémités soutenues soientalignées avec l'axe du palier de support en rotation. La réaction gyroscopique à une vitesse angulaire applique une contrainte mécanique au barreau de cristal piézoélectri- que qui à son tour produit un signal de sortie électrique proportionnel & la vitesse angulaire d'entrée. Ce signal électrique est introduit dans le systè- me électronique d'appui de telle sorte que l'amplitude de la vitesse angulaire et sa position angulaire par rapport au boîtier de l'instrument peuvent être déterminées. La combinaison de ce détecteur de vitesse angu- laire à un ou plusieurs barreaux de cristal piézoélectri- que formant détecteurs d'accélération fournit un ensemble qui peut détecter à la fois une vitesse angulaire et une ac- célération linéaire le long d'un axe perpendiculaire à l'axe de rotation. Le détecteur de vitesse est intégré au détec- teur d'accélération de manière à former une structure per- fectionnée de coût réduit. D'autres caractéristiques et avantages de la pré- sente invention ressortiront de la description donnée ci- après prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1A est une vue explosée d'un ensemble de détection à détecteurs multiples, constitué conformé- ment à la présente invention; - la figure lB est une vue en coupe partielle il- lustrant les composants de la figure 1A, à l'état assem- blé; et - la figure 1C est une vue en plan de l'ensemble représenté sur les figures 1A et lB. Ci-après on va donner une description détaillée de l'invention. En se référant aux figures 1A-1C, on y voit repré- sentée de façon détaillée la structure de la présente in- vention. Le chiffre de référence 10 désigne d'une manière générale un élément gyroscopique qui tourne autour d'un axe de rotation 11 et comporte des bras 12 qui s'étendent dia- métralement vers l'extérieur à partir d'un perçage central 13. Des perçages orthogonaux 14 et 16 sont mé?agés dans cha- cun des bras 12, afin de réduire le poids de l'ensemble. Des bras radiaux 18 s'étendent perpendiculaire- ment par rapport aux bras 12 et chacun d'eux comporte une fente 20 ménagée en son intérieur et servant à recevoir une extrémité supérieure d'une charnière à flexion 66. Les organes de retenue 22 de forme générale semi- cylindrique sont disposés à l'intérieur du perçage 13 et ser- vent à retenir entre eux le barreau de cristal piézoélectri- que 34. Chacun des organes 22 possède une surface 24 de for- me générale semicylindrique et une surface plane 26 située en vis-à-vis de la surface précédente et qui possède un éta- gement formant une partie 27 possédant une surface de forme générale rectangulaire, qui est en butée contre une surface correspondante 36, 38 du barreau de cristal piézoélectrique 34. Un perçage vertical 30 s'étend à partir de la surface supérieure 28 de l'organe 22, à travers la surface inférieu- re 32, et est utilisé pour le montage d'un ensembleàvisde coniepoidsréglable, comme cela sera décrit plus loin. La par- tie inférieure du barreau de cristal piézoélectrique 34 est logée dans une armature de logement désignée par la réfé- rence générale 40, qui est disposée à l'intérieur d'une ba- se 42 du dispositif conforme à l'invention. L'armature de logement comporte une section fendue 44 servant à contacter la partie inférieure du barreau de cristal piézoélectrique 34, tandis que des sections en forme d'ailes latérales 46 déployées vers l'extérieur s'étendent perpendiculairement à la section fendue 44 et servent d'épaulements pour le dis- positif, lors de son insertion dans la base 42. Une bride courbe 48 s'étend vers le bas à partir des sections en for- me d'ailes 46, de manière à être logée dans une rainure cir- culaire 60 ménagée dans la face inférieure de la bride annu- laire 48 de la base, comme cela est mieux visible sur la fi- gure lB. L'élément gyroscopique est en appui sur la surfa- ce supérieure 52 d'un anneau 50, comme cela est plus claire- ment représenté sur la figure lB. La surface annulaire infé- rieure 54 de l'anneau 50 est logée dans une rainure annulai- re 56 ménagée dans la bride annulaire 58 de la base, qui est à nouveau plus clairement visible sur la figure lB. En se référant maintenant à la figure 1A, la pa- roi latérale cylindrique 62 de la base 42 possède des fen- tes diamétralement opposées 64 ménagées en elle de manière à recevoir des sections inférieures d'une charnière à fle- xion 66. Comme cela est clairement représenté sur la figu- re 1A, chaque charnière à flexion 66 comporte des sections en forme de brides supérieure et inférieure 68 et 72 sépa- rées par une languette 70. Dans la paroi 62 de la base 42 se trouvent ménagées quatre fentes 76 disposées à 90 les unes des autres, les fentes 64 des charnières à flexion étant décalées angulairement de 45 par rapport aux fentes voisines 76. Les bras 12 de l'élément gyroscopique sont dis- posés à l'intérieur de fentes annulaires allongées 78 ména- gées dans la paroi 62 de la base 42, comme cela est visible sur les figures lA et 1C. Lors de l'assemblage des composants du dispositif conforme à l'invention, des vis 80 s'étendent à travers des perçages 82 ménagés dans la surface supérieure de la base 42 de manière à réaliser la fixation de la bride 84 de l'ar- bre d'entraînement (figure lB) pour réaliser le maintien de l'ensemble. Sur la figure mentionné en dernier lieu, l'ar- bre d'entraînement est repéré par 86. Dans le coin supérieur gauche de la figure 1A, on a représenté une douille tarau- dée 88. qui doit être disposée à l'intérieur d'un perçage 30 de l'organe de retenue 22, et un organe fileté 90 qui est situé à l'intérieur de la douille 88. En réglant la posi- tion de l'organe fileté 90 à l'intérieur de la douille 88, on peut régler le dispositif conforme à l'invention pour qu'il soit équilibré. Lors de l'assemblage, l'élément gyroscopique 10 est fixé sur la base 42 au moyen des deux charnières à fle- xion 66. Ces composants sont retenus autour de l'axe des charnières à flexion par l'ensemble des éléments réalisant une détection du couple et retenant à la fois les organes 22, le barreau de cristal piézoélectrique 34 et l'armature de logement 40. Les barreaux de cristal piézoélectrique 74 sont montés dans des fentes 76 ménagées dans la base, de ma- nière à détecter une accélération linéaire pendant le fonc- tionnement du dispositif. La présente invention fonctionne en outre en réa- lisant une détection d'une vitesse angulaire autour d'un axe perpendiculaire à l'axe du palier de support en rotation, grâce à l'utilisation d'un élément gyroscopique 10. Cet élé- ment gyroscopique est retenu mécaniquement par un barreau de cristal piézoélectrique 34 monté de telle sorte que ses extrémités soutenues sont alignées avec l'axe du palier de support en rotation. La réaction gyroscopique à une vites- se angulaire applique une contrainte mécanique au barreau de cristal piézoélectrique 34, qui à son tour produit un si- gnal de sortie électrique proportionnel à la vitesse angu- laire d'entrée. Ce signal électrique est introduit dans un appa- reil électronique d'appui, de telle sorte que l'amplitude de la vitesse angulaire et sa position angulaire par rap- port à un boîtier dellnstrument (non représenté) peuvent être déterminées. Le fait de combiner ce détecteur de vitesse angu- laire à un ou plusieurs barreaux de cristal piézoélectrique formant détecteurs d'accélération fournit un ensemble qui permet de détecter à la fois une vitesse angulaire et une accélération linéaire le long de n'importe quel axe perpen- diculaire à l'axe de rotation. Le détecteur de vitesse est intégré au détecteur d'accélération de manière à former une structure perfectionnées coût réduit. La figure 2 représente une variante du barreau de cristal piézoélectrique détectant la vitesse angulaire, re- péré précédemment par le chiffre de référence 34 sur la fi- gure 1A et maintenant modifié comme cela est représenté au moyen du chiffre de référence 34a sur la figure 2. Les com- posants identiques sont indiqués par des chiffres de réfé- rence identiques, tandis que des composants modifiés de la figure 2 sont désignés par une lettre "a" apposée en suffi- xe au chiffre de référence correspondant utilisé sur la fi- gure 1A. Comme cela est représenté sur la figure 2, le bar- reau de cristal piézoélectrique 34a est un organe de forme générale trapézoïdale possédant une partie formant épaule- ment 32 ménagée sur la base et séparée d'une partie centra- le 94 par une indentation latérale 93. De façon similaire, la partie centrale 94 est séparée d'une partie en forme de pointe tronquée 96 par une indentation latérale 95. Chacun des organes de retenue 22a comporte une partie en forme d'é- paulement saillant 27 qui est en aboutement contre une sur- face antagoniste que porte la partie en forme d'épaulement 92 du barreau. La partie en forme de pointe 96 pénètre dans un logement 98 de telle sorte que le barreau 34a est suppor- té au niveau de ses bords supérieur et inférieur. Le loge- ment 98 est disposé à l'intérieur d'un évidement conformé (non représenté) ménagé dans la base 100 de l'anneau 50a. Comme dans le cas de la forme de réalisation principale dé- crite précédemment en référence aux figures 1A-1C, l'anneau a reçoit les organes de retenue 22a et le barreau de cris- tal piézoélectrique 34a, serré entre ces organes. Si l'on aménage les indentations latérales 93 et 95 dans le barreau 34a, la partie centrale 94 est mieux apte à avoir un dépla- cement de flexion en réponse à des variations de la vitesse angulaire. La figure 3 est une variante de réalisation du bar- reau de cristal piézoélectrique 34a (tel que décrit précé- demment en référence à la figure 2) et, dans sa forme modi- fiée, se trouve repéré par la référence 34b sur la figure 3. La différence entre les barreaux représentés sur les fi- gures 2 et 3 réside dans le fait que le logement 98 prévu dans le cas de la figure 2 est remplacé par une goupille 99 traversant une fente semicylindrique 97 ménagée dans la par- tie en forme de pointe 96 du barreau 34b. Les extrémités ex- térieures du tourillon 99 sont retenues (ce qui n'est pas représenté) à l'intérieur de la base du dispositif. Comme dans le cas de la forme de réalisation principale des figu- res lA-1C, un anneau 50 reçoit les organes de retenue 22a ainsi que le barreau 34b retenu entre ces organes. I1 faut comprendre que la présente invention n'est pas limitée aux détails précis de construction représentés et décrits ici et que différentes modifications apparaîtront à l'évidence aux spécialistes de la technique. REVENDICATIONS 1. Détecteur de navigation, caractérisé en ce qu'il comporte: - un élément gyroscopique (10) apte à tourner au- tour d'un axe (11), - un ensemble de détection du couple comprenant: a) un premier barreau piézoélectrique (34) monté coaxiale- ment par rapport à l'axe, b) des premiers moyens (22; 22a) de retenue du barreau, ser- vant au montage d'un premier élément marginal du barreau transversalement par rapport à l'axe, à l'intérieur d'une base (32), c) des seconds moyens (22; 22a) de retenue du barreau, ser- vant au montage d'un élément marginal antagoniste du bar- reau transversalement par rapport à l'axe de rotation, à l'intérieur de la base (42), - le barreau retenu obtenu de l'ensemble de détec- tion du couple produisant un signal électrique proportion- nel à la vitesse angulaire de l'élément gyroscopique (10), et - au moins tine charnière à flexion (66) servant à réaliser le montage élastique de l'élément gyroscopique (10) sur la base (42). 2. Détecteur selon la revendication 1, caractéri- sé en ce qu'il comporte au moins un second barreau piézo- électrique monté en étant espacé de façon uniforme par rap- port à l'axe (11) de manière à produire un signal électri- que proportionnel à une accélération linéaire du détecteur suivant une direction parallèle à l'axe de manière à permet- tre une opération de détection par des détecteurs multiples. 3. Détecteur selon la revendication 1, caractéri- sé en ce que l'élément gyroscopique (10) comporte: - un premier couple de bras diamétralement oppo- sés (12) qui s'étendent à partir d'une ouverture centrale (13), - un second couple de bras diamétralement opposés (18) perpendiculaires aux deux premiers bras (12) et s'éten- dant, de façon analogue, à partir d'une ouverture centrale (13), l'ouverture centrale (13) recevant les premier et second moyens (22; 22a) de retenue du barreau et le pre- mier barreau piézoélectrique (34) retenu entre ces moyens. 4. Détecteur selon la revendication 1, caractéri- sé en ce que des fentes (20) sont ménagées dans le second couple de bras (18) de manière à recevoir une première par- tie de la charnière flexible (66), tandis qu'une partie an- tagoniste de cette dernière est logée dans la base (42). 5. Détecteur selon la revendication 3, caractéri- sé en ce que des fentes (20) sont ménagées dans le second couple de bras (18) de manière à recevoir une première par- tie de la charnière flexible (66), tandis qu'une partie an- tagoniste de cette dernière est logée dans la base (42). 6. Détecteur selon la revendication 5, caractéri- sé en ce qu'il comporte un arbre d'entrée (86) raccordé à la base (42) de manière à l'entraîner avec une vitesse angu- laire. 7. Détecteur selon la revendication 6, caractéri- sé en ce que quatre desdits seconds barreaux piézoélectri- ques sont montés en étant réciproquement décalés de 90 dans la base (421. 8. Détecteur selon la revendication 6, caractéri- sé en ce qu'il comporte des moyens (88.90) insérés dans les premiers et seconds moyens de retenue (22; 22a) permettant de régler l'équilibre en rotation de l'ensemble de détection du cou- ple. 9. Détecteur selon la revendication 6, caractéri- sé en ce que le premier barreau piézoélectrique possède la forme d'un parallélogramme. 10. Détecteur selon la revendication 6, caracté- risé en ce que le premier barreau piézoélectrique (34a; il 34b) possède une forme trapézoïdale avec au moins une iden- tation (93, 95) ménagée en lui-même de manière à en facili- ter la flexion. 11. Détecteur selon la revendication 8, caracté- risé en ce que les moyens de réglage (88, 90) sont des or- ganes de fixation filetés insérés ou retirés de façon régla- bles dans ou hors de l'ensemble de détection du couple.