Brevet FR2625554A1 — publié le 19890707

DISPOSITIF MECANIQUE OSCILLANT A EXCITATION PIEZOELECTRI- QUE, ET SON APPLICATION A L'ACTIVATION D'UN GYROMETRE A LASER. La présente invention concerne un dispositif mécanique oscillant de type masse-ressort utilisable notamment, mais non exclusivement, dans un système d'oscillation mécanique, habituellement appelé "système d'activation" d'un gyromètre à laser. D'une manière générale, on sait que les gyromètres à laser, appelés ci-après gyrolasers, comportent généralement un bloc optique dans lequel circulent deux ondes électromagné- tiques tournant en sens inverse l'une de l'autre. Pour éviter les effets du phénomène bien connu de blocage entre les deux ondes électromagnétiques (zone aveugle), le bloc optique du gyrolaser est généralement animé d'un mouve- ment de rotation alternatif de faible amplitude autour de son axe sensible. La fréquence et l'amplitude du mouvement sont choisies de telle façon que la vitesse angulaire du bloc optique soit la plus grande partie du temps plus grande que la zone aveugle. Ce mouvement, appelé activation, est le plus souvent créé par un dispositif oscillant utilisant des moyens élastiques qui peuvent être placés à l'intérieur et au centre du bloc -2- optique, et dont la raideur détermine, avec l'inertie dudit bloc optique, une fréquence d'oscillation entretenue par un moteur piézoélectrique, commandé par des circuits électro- niques. En pratique, les moyens élastiques sont réalisés sous forme d'une sorte de roue dont les rayons sont des lames élasti- ques sur lesquelles sont collées des céramiques piézoélec- triques. Les dimensions desdites lames déterminent leur raideur et donc la fréquence d'oscillation. Cette roue doit présenter des caractéristiques très diffici- les à concilier et qui concernent l'amplitude et la fréquen- ce du mouvement d'activation, la minimisation du nombre des céramiques piézoélectriques et la raideur autour des axes perpendiculaires au mouvement d'activation. De nombreuses solutions ont été proposées pour réaliser le système d'activation des gyrolasers. Toutefois, ces solu- tions ont toujours été limitées dans leurs performances par l'efficacité des céramiques piézoélectriques collées sur les lames élastiques, obligeant à multiplier lesdites céra- miques pour obtenir l'amplitude du mouvement recherchée. La présente invention apporte une solution qui permet d'augmenter très sensiblement l'efficacité des céramiques piézoélectriques et donc d'en diminuer le nombre, et d'obte- nir un système élastique présentant une raideur très élevée suivant les axes perpendiculaires à l'axe du mouvement d'activation. D'une façon générale, la présente invention apporte une solution qui permet, dans un dispositif mécanique de type masse-ressort à excitation piézoélectrique, d'augmenter très sensiblement l'efficacité des céramiques piézoélectri- ques et donc d'en diminuer le nombre. -3- Elle propose à cet effet un dispositif mécanique du type susdit, qui comprend deux éléments montés oscillants l'un par rapport à l'autre par l'intermédiaire d'au moins une lame élastique sur laquelle est fixée au moins une céramique piézoélectrique. Selon l'invention, ce dispositif est plus particulièrement caractérisé en ce qu'au niveau de sa jonction avec l'un au moins des deux éléments, l'une des deux faces de ladite lame est prolongée par rapport à l'autre face, grâce à un prolongement formé sur ledit élément, et en ce que ladite céramique est fixée sur cette lame de manière à venir porter sur ledit prolongement. L'invention concerne également l'application de ce disposi- tif à l'activation d'un gyromètre à laser, du type compre- nant un bloc optique monté oscillant sur un support par l'intermédiaire d'un système élastique réalisé en forme de roue comportant deux éléments rotatifs l'un par rapport à l'autre, à savoir: une couronne extérieure et un moyeu relié par au moins trois lames flexibles dont au moins l'une est excitée par au moins une céramique piézoélectrique. Ce gyromètre à laser est alors caractérisé en ce qu'au niveau de sa jonction avec l'un desdits éléments, l'une des deux faces d'au moins l'une des lames est prolongée par rapport à l'autre face, grace à un prolongement formé sur ledit élément, et en ce que ladite céramique est fixée sur cette lame de manière à venir porter sur ledit prolongement. Selon un mode d'exécution particulièrement avantageux de l'invention, le système élastique comprend une pluralité de lames placées par paires dont les faces prolongées sont tournées l'une vers l'autre et font entre elles un angle aussi aigu que possible. Des modes de réalisation de l'invention seront décrits ci- après, à titre d'exemples non limitatifs, avec référence aux dessins annexés dans lesquels: -4- La figure 1 est une vue de dessus d'un gyrolaser de type connu auquel s'applique l'invention; La figure 2 est une vue en coupe du gyrolaser de la figure 1; La figure 3 est une vue partielle de dessus d'un système élastique selon l'art antérieur; La figure 4 est une vue partielle de dessus d'un système élastique selon l'invention; La figure 5 est une vue de dessus d'un système élasti- que selon l'invention; et La figure 6 est une vue en coupe-du système élastique de la figure 5. Comme précédemment mentionné, et ainsi que le montre la figure 1, un gyrolaser comprend notamment: - un bloc optique 1, réalisé dans un matériau isolant et étanche à l'hélium, généralement une céramique vitrifiée du genre "zérodur", dans lequel sont percés des conduits 2, fermés par des miroirs 3 dont un au moins est générale- ment mobile et qui forment, avec lesdits conduits 2, un parcours optique, triangulaire dans le cas de la figure 1, mais qui peut prendre toute autre forme, un même bloc optique pouvant comporter plusieurs parcours optiques; - un système de sortie des informations placé sur l'un des miroirs 3 et comportant au moins un prisme de mélange 6 et un ensemble de cellules photoélectiques 7; - une ou deux cathodes 4 fixées sur le bloc optique 1; - une ou deux anodes 5 également fixées sur le bloc optique 1. 26255-4 - 5 - Ces cathodes et anodes constituent les électrodes du gyrola- ser et sont reliées aux conduits 2 par des conduits de raccordement 7. Le bloc optique 1 est rempli d'un mélange gazeux générale- ment à base d'hélium et de néon. Un courant électrique passant entre les électrodes excite ce mélange gazeux et crée un plasma dans les conduits de raccordement 7 et dans les conduits 2, plasma qui, en amplifiant la lumière, génère l'effet laser. Ce bloc optique 1 est monté oscillant autour d'un axe 8 grâce à une roue d'activation. Celle-ci est composée d'une couronne extérieure 9, d'un moyeu central 10 et d'au moins trois lames 11 sur lesquelles sont collées des céramiques piézoélectriques 12, le plus souvent de part et d'autre de chaque lame. Ainsi que déjà mentionné, le bloc optique est le plus souvent percé d'un trou central dans lequel la roue d'activation est fixée, soit par collage de la couronne extérieure 9, soit encore par un système de pincement non représenté. Les céramiques piézoélectriques 12 sont placées sur les lames, à des endroits favorisant leur efficacité. La figure 2 montre en vue en coupe le gyrolaser de la figure 1 et son dispositif d'activation ci-dessus décrits. On y voit clairement la partie centrale du moyeu 10 de la roue fixée sur une platine 13, qui peut constituer une partie du bottier dudit gyrolaser. Il apparaît également sur cette figure 2 que l'ensemble platine 13, moyeu 10 n'est pas infiniment raide et que, si le gyrolaser est soumis à des accélérations perpendiculaires à son axe 8, cet ensemble peut se déformer du fait de la masse du bloc optique 1 qui tourne ainsi autour d'un point figuré en 14. Cette rotation est très gênante pour la préci- sion du gyrolaser. - 6 - La figure 3 est une vue partielle d'un système d'activation suivant l'art antérieur et illustre l'action des céramiques piézoélectriques. Sur cette figure, une lame ll relie un moyeu 10 à une couronne extérieure 9 qui a tourné d'un angle A. Deux céramiques piézoélectriques 15 et 16 sont collées de part et d'autre de la lame 11, sur la partie de ladite lame 11 la plus proche du moyeu 10 et comprise entre les points 17 et 18. Ces céramiques sont branchées de façon à ce que l'une se dilate pendant que l'autre se contracte parallèle- ment à la lame 11, sous l'effet piézoélectrique, obligeant ladite lame à se courber dans un sens entre les points 17 et 18. L'autre partie de ladite lame se courbe nécessairement dans l'autre sens et la couronne tourne d'un angle A. La partie utile de la lame 11 et des céramiques 15 et 16 est donc limitée à la distance séparant les deux points 17 et 18. Elle est en réalité encore plus courte du fait que la contrainte dans la lame n'est pas constante sur toute cette partie. Si l'on observe que, sur une lame dépourvue de céramiques, la contrainte, lors d'une rotation de la couronne 8, est la plus forte près du moyeu, on conçoit aisément qu'il est intéressant de placer les céramiques piézoélectriques le plus près possible de celui-ci, pour en augmenter l'effica- cité, et éventuellement de diminuer le diamètre dudit m6yeu, au détriment de la raideur du système autour des axes perpendiculaires au mouvement d'activation. La figure 4 illustre le principe de l'invention qui permet d'augmenter l'efficacité des céramiques et de ne plus utili- ser qu'une seule céramique par lame au lieu de deux. Pour cela, un système élastique selon l'invention comportera des lames 19 dissymétriques. Une seule de ces lames 19 est représentée sur la figure 4, reliant un moyeu 10 et une couronne 9. Une face 20 de cette -7- lame est allongée vers le centre du moyeu 10 grâce à un usinage 21 pénétrant à l'intérieur dudit moyeu. La lame peut se courber entre un point 22 situé sensiblement au même endroit que précédemment et un point 23 qui forme un point d'inflexion. Une céramique 24, plus large que précédemment, est collée sur la face allongée 20, le plus près possible du moyeu 10, de sorte qu'elle prenne appui sur une partie dudit moyeu comprise entre l'axe 8 et le point 22. De ce fait, l'efficacité de la céramique se trouve considé- rablement augmentée et le dispositif ne nécessite plus qu'une seule céramique par lame. La place laissée libre par la céramique supprimée peut être utilisée pour renforcer le moyeu et augmenter la raideur transverse du dispositif. La figure 5 montre en vue de dessus un système élastique complet selon l'invention. Il comprend: - un moyeu 10; - une couronne extérieure 9; - au moins trois lames 19, et de préférence six, dissymétri- ques, reliant la couronne 9 et le moyeu 10, ayant chacune une face 20 allongée vers le moyeu 10, lesdites faces 20 étant de préférence tournées l'une vers l'autre deux à deux, étant avantageusement groupées par paires et faisant entre elles, dans chaque paire, un angle sensiblement inférieur à soixante degrés, de façon à laisser entre chaque paire un angle et donc un volume aussi important que possible; -8- - au moins trois céramiques piézoélectriques 24, et de préférence six, collées sur les faces allongées 20 des lames 19 comme indiqué ci-dessus; - des secteurs de renforcement 25, préférentiellement trois, partant du moyeu 10, avantageusement de même hauteur que celui-ci et remplissant une partie aussi importante que possible du volume compris entre les lames ou de préférence entre les paires de lames et la couronne 9, sans, bien entendu, toucher ni la couronne ni les lames. Chaque secteur est percé d'au moins un trou 26 pour la fixation du système sur la platine 13, à l'aide de vis 27 et ainsi que le montre la figure 6 qui est une vue en coupe dudit système. Cette figure montre clairement que la rigidité procurée par les secteurs autour des axes perpendiculaires à l'axe du mouvement d'activation 8 est très supérieure à celle obtenue avec les dispositifs antérieurs. On pourra bien entendu utiliser une combinaison de lames et de céramiques piézoélectriques telles que celles décrites précédemment pour tout autre système mécanique oscillant, par exemple du type masse-ressort, sans sortir du cadre de l'invention. - 9 - Revendications 1. Dispositif mécanique oscillant de type masse- ressort, comprenant deux éléments (9, 10) montés oscillants l'un par rapport à l'autre par l'intermédiaire d'au moins une lame élastique (19) sur laquelle est fixée au moins une céramique piézoélectrique, caractérisé en ce qu'au niveau de sa jonction avec l'un au moins des deux éléments (9 ou 10), l'une des deux faces (20) de ladite lame (19) est prolongée par rapport à l'autre face, grâce à un prolongement formé sur ledit élément (9 ou 10), et en ce que ladite céramique (24) est fixée sur cette lame (19) de manière à venir porter sur ledit prolongement. 2. Application du dispositif selon la revendication 1 à l'activation d'un gyromètre à laser du type comprenant un bloc optique (1) monté sur un support (13) par l'intermé- diaire d'un système élastique en forme de roue comportant deux éléments rotatifs l'un par rapport à l'autre, à savoir: une couronne extérieure (9) et un moyeu (10) relié par au moins trois lames flexibles (19) dont au moins l'une est excitée par au moins une céramique piézoélectrique (24), caractérisée en ce qu'au niveau de sa jonction avec l'un desdits éléments (9 ou 10), l'une des deux faces (20) d'au moins l'une desdites lames (19) est prolongée par rapport à l'autre face, grâce à un prolongement formé sur ledit élément (9 ou 10), et en ce que ladite céramique (24) est fixée sur cette lame (19) de manière à venir porter sur ledit prolongement. 3. Appli'cation selon la revendication 2, caractérisée en ce que le susdit élément consiste en ledit moyeu (10). 4. Application selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisée en ce que le susdit système élastique comprend une pluralité de lames (19) placée par paires dont les faces prolongées (20) sont tournées l'une vers l'autre. - 10 - 5. Application selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que les susdits prolongements sont obtenus grâce à un usinage de l'élément (9 ou 10) correspon- dant. 6. Application selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisée en ce que le susdit système mécanique comporte des secteurs de renforcement (25) solidaires du moyeu (10) et remplissant partiellement le volume laissé libre entre les paires de lames (19).