Brevet FR2627278A1 — publié le 19890818

L invention concerne la réalisation d;un gyromètre, c'est à dire d'un dispositif de mesure de la rotation du référentiel lié au dispositif par rapport à un référentiel galiléen quelconque. Un gyromètre est un des composants principaux d'une centrale inertielle , qui permet de calculer à chaque instant la position d'un mobile.De tels dispositifs existent actuellement, basés sur des principes soit mécaniques soit optiques ,soit ultrasonores . Les performances et les prix des différents dispositifs existant actuellement sont aussi variés que que leurs principes que l'on n'exposera pas ici L'invention concerne la réalisation d'un gyromètre à supraconducteur dont le fonctionnement est essentiellement magnétique Le principe général est le suivant : on enregistre dans un dispositif supraconducteur un champ magnétique constant et on fait en sorte que ce champ ne soit pas entrainé en rotation par le support physique que représente le dispositif .On peut alors en mesurant la direction du champ magnétique déduire la rotation du dispositif par rapport au référentiel galiléen Dans le cadre de l'invention, , on met en oeuvre le dispositif suivant On charge magnétiquement une structure supraconductrice en suprimant un champ extérieur généré par une bobine ( un electro-aimant ) .La structure supraconductrice ayant été refroidie en présence du champ et ayant donc acquis son état supraconducteur en présence du champ pendant la disparition du champ de l'électro-aimant, , la structure génère ses propres courants et un champ propre tel que la variation totale du champ magnétique est minorée : ( par application directe de la loi de Lenz) Les- propriétés supraconductrices de la structure font que -le champ propre généré est permanent, les courants électriques se propageant dans la structure sans pertes ohmiques En figure 1 exemple de réalisation d'une structure supraconductrice, - Trois anneaux concentriques dans les trois plans perpendiculaires . Ces trois anneaux sont réalisés en matériaux supra-conducteurs .Les anneaux sont en contacts mutuels sur les trois axes d'intersection des plans, Une telle structure est susceptible de charger un champ magnétique. ( Le nombre de boucles de courant matérialisées est déja très important ). - On peut également réaliser un découpage de la sphère en 32 panneaux , ce qui a un degré de symétrie sphérique supérieur ( [ C'est la géométrie classique type ballon de football ) . Chaque arrête est un arc de cercle de même courbure et de même longueur en matériau supra-conducteur . Chaque extrémité est en contact avec deux autres D'autres structures sont possibles sur le même principe, , on ne peut pas toutes les représenter .On peut par exemple remplacer les arcs de cercles supraconducteurs par des tiges ;choisir une structure de mémoire de champ de géométrie différente : à quatre , six , huit , dix douze, seize, dixhuit etc faces ce sont des approximations par éléments finis de la surface d'une sphère, , dont les arrètes sont supra-conductrices Le comportement d'une telle structure chargée, entrainée en rotation est tel que le champ magnétique ne peut pas être entrainé à la même vitesse . En effet : la rotation du champ générerait des courants dont les effets s'opposeraient aux causes . La mesure à chaque instant de la direction du champ se fait par exemple - par une structure du type de la figure 1 , constituée de trois boucles circulaires à effet Josephson indépendantes . (Sans contacts mutuels) La mesure des trois composantes du champ se fait en fréquence et l'analyse de ces fréquences permet de remonter à la connaissance du champ . Cette structure est concentrique avec la précédente, et sa taille est légèrement supérieure . Elle est bien sûr mécaniquement solidaire de la structure d'enregistrement du champ par exemple par un ensemble de sondes à effet Hall placés dans la zone centrale .Trois sondes permettent de mesurer les trois composantes du champ magnétique La mesure du champ ne fait de toute façon pas l'objet du présent brevet et on peut utiliser pour cette mesure des méthodes classiques ou innovantes dans la mesure ou ces méthodes ne mettent pas en cause des courants importants La protection vis à vis des champs exterieurs peut se faire de deux manières -soit en mesurant le champ extérieur et le champ interne correspondant ,-connaissant les influences réciproques des deux on peut alors éliminer dans la mesure du champ enregistré l'influence du champ ambiant La superposition de trois structures du type 1, la première êtant une mémoire de champ et les deux autres des anneaux de Josephson concentriques et de tailles croissantes permet par une pondération des mesures de champ d'éliminer l'influence du champ ambiant pour autant que celui-ci soit plan -soit en isolant magnétiquement le dispositif de l'extérieur par une paroi imperméable aux champs magnétiques : Le système contitué d'une mémoire de champ et d'un détecteur de champ ayant une symétrie sphérique , il peut être complètement isolé magnétiquement de l'extérieur par une coque sphérique imperméable au champ à l'intérieur de laquelle le système serait concentriquement disposé . Une coque supra-conductrice d'une épaisseur d'un dizième de mm est complètement imperméable aux champs magnétiques, . C'est la conséquence de l'effet Messneir . Les perturbations de l'exterieur sont alors complètement annulées . Le gyromètre est alors enfermé dans une enceinte close et totalement isolée magnétiquement de l'extérieur, Voir figure 2 Le système de refroidissement du dispositif est classique , on peut cependant utiliser la conductivité thermique instantanée des supra-conducteurs pour maintenir le dispositif à basse température . Cela diminue l'encombrement. Revendications Gyromètre utilisant une structure supraconductrice pour générer et enregistrer un champ magnétique dont la direction sert de référence pour mesurer la rotation par rapport au référentiel galiléen 2 Dispositif suivant la revendication précédente tel que la structure est composée de segments de supraconducteurs assemblés ou découpés de telle sorte que l'ensemble des éléments de surface formés par des arrêtes contigües constitue une surface fermée topologiquement équivalente à une sphère. 3 Dispositif suivant les revendications précédentes tel que la direction du champ par rapport à la structure est mesurée grâce à des détecteurs de champ magnétique 4 Dispositif suivant les revendications précédentes tel que les perturbations magnétiques dûes à des champs extérieurs soient compensées ou éliminées.