Brevet FR2680241A1 — publié le 19930212

La présente invention concerne des systèmes de comman- de de longueur de cavité pour des gyroscopes à laser en anneau, ou gyrolasers, et elle concerne plus particulière- ment un système de commande de cavité ou de longueur de chemin qui réalise de façon numérique une commande adapta- tive de la longueur de la cavité du gyroscope à laser en anneau. Le gyroscope à laser en anneau à structure plane a été une première tentative de réaliser un système de navigation inertiel lié au véhicule et véritablement non mécanique A de faibles vitesses de rotation, la rétro- diffusion à partir des miroirs couple de l'énergie de l'un des faisceaux oscillants vers le faisceau qui se propage en sens opposé, ce qui verrouille ensemble les fréquences d'oscillation et donne une information de rotation de valeur égale à zéro à de faibles vitesses de rotation Les gyroscopes à laser en anneau fonctionnant à l'heure actuelle qui ont une configuration plane utilisent des techniques d'oscillation mécanique pour polariser le capteur de vitesse de rotation, de façon à éviter ce phénomène de verrouillage bien connu L'oscillation mécanique est très efficace pour réduire les effets du verrouillage et elle fait du gyroscope à laser en anneau un gyroscope viable pour des applications de navigation. Cependant, dans un gyroscope à laser en anneau utilisable en pratique qui est soumis à une oscillation mécanique, une composante de bruit s'ajoute au signal de sortie du laser en anneau, ce qui a pour effet de réduire sa préci- sion finale De plus, la présence d'une oscillation méca- nique, soit une oscillation portant sur les miroirs,soit une oscillation portant sur la structure complète, est en opposition avec l'objectif désiré qui consiste en une unité de navigation inertielle entièrement liée au véhicule. Compte tenu de ces problèmes, on a développé d'autres techniques de polarisation utilisant l'effet Faraday non réciproque, en appliquant un champ magnétique soit à un miroir magnétique (en utilisant l'effet Kerr), soit directement au milieu amplificateur (en utilisant l'effet Zeeman), ou en appliquant un champ magnétique à un élément en verre plein, connu sous l'appellation de rota- teur de Faraday, qui lorsqu'il est utilisé en combinaison avec le champ magnétique, produit un déphasage par effet Faraday pour un faisceau qui est opposé au déphasage du faisceau dirigé en sens opposé, grâce à quoi on obtient une séparation de fréquence entre deux faisceaux qui tour- nent en sens inverse Pour obtenir de tels déphasage réels au lieu d'une simple rotation de polarisation, la configu- ration optimale utilise deux paires de faisceaux polarisés de façon circulaire et dirigés en sens opposé, dans un seul chemin optique, pour atteindre un résultat désiré On peut trouver un exemple de cette théorie de gyroscope à laser en anneau à multi-oscillateur dans le brevet des E.U A N O 4 818 087, intitulé "ORTHOHEDRAL RING LASER GYRO", délivré le 4 avril 1989 à Raytheon Corporation (l'inventeur est Terry A Dorschner) Le chemin de rayons non plan qui est produit dans un gyroscope à laser en anneau à multi-oscillateur permet d'obtenir de la lumière séparée de façon réciproque, ayant une polarisation circu- laire Le chemin de rayons non plan fait tourner les pola- risations de façon réciproque d'un grand nombre de degrés, ce qui procure la polarisation circulaire nécessaire Le déphasage réciproque non plan permet également d'obtenir deux gyroscopes avec polarisation par l'effet Faraday, dont la courbe de gain 10 est représentée sur les figures l A à 1 C Les figures IA à 1 C montrent des représentations graphiques de la courbe de gain en puissance 10 d'un gyroscope à laser en anneau à multi-oscillateur (et des variations possibles de ces courbes de gain sont représen- tées en 10 ') Du fait de sa configuration géométrique, le chemin de rayons non plan sépare la lumière entre deux gyroscopes séparés, l'un étant en polarisation circulaire à gauche (LCP) et l'autre en polarisation circulaire à droite (RCP) Cette séparation est connue sous l'appella- tion de séparation réciproque, et elle est de façon carac- téristique dans la gamme de quelques centaines de méga- hertz En plaçant un élément Faraday dans le chemin des faisceaux d'un gyrolaser non plan, on obtient une sépara- tion non réciproque de chaque gyroscope, lorsque le champ magnétique approprié est appliqué à l'élément Faraday. Un nombre entier de longueurs d'onde le long du chemin de la cavité des faisceaux lumineux du gyroscope est nécessaire pour permettre un fonctionnement résonnant. Comme représenté sur la figure l A, au moins quatre modes sont produits: un faisceau tournant en sens inverse d'horloge avec une polarisation circulaire à gauche (WLA), ayant une amplitude (ALA), un faisceau tournant en sens d'horloge avec une polarisation circulaire à gauche (WLC), ayant une amplitude (ALC), un faisceau tournant en sens d'horloge avec une polarisation circulaire à droite (WRC), ayant une amplitude (ARC), et un faisceau tournant en sens inverse d'horloge ayant une polarisation circulaire à droite (WRA), ayant une amplitude (ARA) La figure IA est une représentation graphique de la courbe de gain en puis- sance 10 d'un gyroscope à laser en anneau à multi-oscilla- teur Un nombre entier de longueurs d'onde le long du chemin de la cavité des faisceaux du système inertiel est nécessaire pour produire des oscillations WLA' WLC, WRA" et WRC La séparation Faraday (non réciproque) entre les modes correspondantaux Mtations en sens d'horloge et en sens inverse d'horloge est d'environ 1 M Hz Au moins quatre miroirs forment le chemin du résonateur en anneau, qui contient les deux gyroscopes, en polarisation circu- laire à gauche et à droite L'un des miroirs présente une faible transmission de la lumière pour permettre à la lumière de sortir du résonateur et de tomber sur un photo- détecteur, pour le traitement des signaux Lorsque les signaux sont traités de manière électronique pour éliminer la polarisation Faraday, le facteur d'échelle du gyroscope est doublé par rapport à celui du gyroscope à laser en anneau classique Le gyroscope à laser en anneau à multi- oscillateur et à configuration géométrique non plane, qui utilise un élément Faraday, est actuellement fabriqué sous une forme utilisant un système de pompage par décharge dans un gaz pour produire le milieu actif, qui occupe une partie du chemin des faisceaux lumineux Le gyroscope à laser en anneau à multi-oscillateur produit deux signaux qui sont décalés au point de vue optique (à cause de la cellule de Faraday) Une fréquence de signal est la fré- quence de Faraday plus la moitié de la fréquence de rota- tion; et l'autre est la fréquence de Faraday moins la moitié de la fréquence de rotation Le gyroscope fournit en sortie la phase (fréquence intégrée) de ces deux signaux Leur différence représente un incrément d'angle de rotation Cependant, les signaux de sortie sont quanti- fiés à des niveaux discrets séparés par une valeur de 2 iï de la phase du gyroscope (c'est-à-dire que l'on a une frange d'interférences). Les deux signaux de sortie qui proviennent du multi-oscillateur sont produits en faisant battre les faisceaux de signaux optiques se propageant en sens inver- se et polarisés de façon similaire Ces signaux sont appelés signaux de battements Un ou plusieurs signaux de battements sont crées pour le gyroscope à polarisation circulaire à gauche, et un ou plusieurs sont créés pour le gyroscope à polarisation circulaire à droite On peut réaliser ceci avec un polariseur optique ou par une autre technique de traitement de signal Les signaux de batte- ments représentent des franges d'intensité. Des franges de signaux optiques sont produites par les signaux de battements et sont détectées par une paire de photocapteurs On supposera ci-après que la courbe 10 de la figure l A est symétrique par rapport à une fréquence d'axe central (W c), la fréquence Wc se trouvant au centre qui correspond au gain maximal Par conséquent, les amplitudes de puissance A LA et ALC qui correspondent aux fréquences WLA et WLC sont respectivement symétriques des amplitudes de puissance ARA et ARC par rapport à l'axe central Comme on le décrira ultérieurement de façon plus détaillée, le dispositif de commande de longueur de cavité de la présente invention fait fonctionner le capteur inertiel avec un gain en puissance pratiquement maximal, et il maintient cette condition de gain maximal A cet égard, et dans le but de conserver un gain en puissance de sortie global maximal pour le capteur inertiel, on mélange et on traite les faisceaux se propageant en sens d'horloge qui correspondent aux fréquences WLC et WRC Il faut cependant noter que, à la place, on peut mélanger et trai- ter les faisceaux se propageant en sens inverse d'horloge qui correspondent aux fréquences WLA et WRA Cependant, il est connu dans l'art antérieur que deux modes seulement sont nécessaires pour commander de façon précise la lon- gueur de cavité d'un capteur inertiel. Dans l'art antérieur, dans un gyroscope à laser en anneau à deux modes, des fractions des faisceaux se propageant en sens contraire sont mutuellement superposées pour produire des franges d'interférences que l'on compte à titre de mesure du déplacement angulaire et de la vites- se angulaire du gyrolaser autour d'un axe de détection. Dans de tels gyroscopes, pour parvenir à un étalonnage cohérent du gyroscope, il est essentiel de maintenir les longueurs physiques des chemins Ceci est également vrai pour des multi-oscillateurs Pour maintenir les longueurs physiques, la cavité de laser en anneau est de préférence incorporée dans un bloc de laser qui est stable au point de vue dimensionnel Des miroirs appartenant à un jeu de miroirs (au nombre de quatre ou plus dans des multi- oscillateurs non plans) sont placés aux intersections des passages ou des cavités qui définissent le chemin optique, et on peut désigner de tels miroirs par l'appellation "miroirs de coins" Pour la commodité de l'explication, on décrit le gyrolaser dans une configuration qui comprend quatre miroirs et quatre passages, cavités, ou branches. On décrit ici un gyroscope à laser en anneau comportant un laser en anneau ayant au moins deux jeux de faisceaux se propageant en sens contraire (qui forment au moins deux gyroscopes indépendants), qui se propagent dans le même espace de passage physique dans le chemin du laser L'un au moins des miroirs de coins transmet une très faible fraction des faisceaux lasers se propageant en sens contraire, vers un système optique qui utilise habi- tuellement des prismes pour collecter et superposer ces faisceaux Un capteur détecte les franges d'interférences qui sont produites par les faisceaux superposés, et un dispositif électronique sensible aux signaux détectés compte les franges et calcule la vitesse des franges, le déplacement angulaire et la vitesse angulaire du laser autour d'un axe prédéterminé. Un problème important dans tout gyroscope à laser en anneau apparaît en relation avec l'accord de la cavité du laser en anneau sur la longueur correcte pour permettre l'existence des modes résonnants des faisceaux se propageant en sens contraire On peut régler la posi- tion vers l'intérieur/extérieur de l'un au moins des miroirs de coins, pour commander la longueur de cavité du laser en anneau Bien qu'un seul miroir réglable soit nécessaire, le dispositif de commande de longueur de cavité qui est décrit ici peut utiliser deux miroirs réglables, ce qui augmente la plage de réglage de la lon- gueur de la cavité. Le miroir de coin partiellement transparent peut être un miroir quelconque, mais il est préférable qu'il ne soit pas l'un des miroirs mobiles Les faisceaux qui sont extraits à travers le miroir partiellement transparent produisent un signal de sortie optique dont le comptage fournit une mesure du déplacement angulaire détecté par l'instrument, et dont l'amplitude est une mesure de l'in- tensité du faisceau laser Si on le désire, on peut obte- nir à la fois l'information d'intensité et l'information angulaire à partir du signal, à travers un seul miroir partiellement transparent Selon une variante, on peut utiliser deux miroirs partiellement transparents. Un transducteur, de préférence un transducteur piézoélectrique ayant des électrodes d'attaque, déplace de force le ou les miroirs mobiles vers l'intérieur ou vers l'extérieur, et la valeur du mouvement vers l'intérieur ou vers l'extérieur dépend de la tension qui est appliquée aux électrodes. Le facteur d'échelle entre la valeur de la ten- sion qui est appliquée aux électrodes du transducteur et l'excursion du déplacement du miroir qui est fixé au transducteur, varie avec de nombreux facteurs comprenant, de façon non limitative, la température du miroir et du transducteur, la souplesse des ressorts d'articulations à flexion qui supportent le transducteur, et la fixation de ces articulations à flexion Lorsque le facteur d'échelle du transducteur varie, le rapport entre sa tension de commande appliquée et l'excursion correspondante du miroir mobile qui lui est fixé varie, et la valeur du changement de tension qui est nécessaire pour déplacer le miroir mobile vers l'intérieur et vers l'extérieur, de façon à changer la longueur de la cavité d'une longueur d'onde du faisceau laser, varie également. Dans l'art antérieur, un ordinateur, qui est habituellement l'ordinateur de systéme utilisé pour le laser en anneau, génère des mots ou des multiplets numéri- ques, il les convertit en un signal analogique, et il fournit ce signal analogique pour commander la position vers l'intérieur et vers l'extérieur du transducteur piézoélectrique et du miroir de coin mobile qui lui est fixé L'intensité de l'émission laser présente des maxi- mums à des positions vers l'intérieur/extérieur du miroir de coin mobile correspondant à des longueurs de cavité qui sont séparées par une distance d'une longueur d'onde du faisceau laser. La commande de la longueur de la cavité (dans un gyroscope à deux modes) a été réalisée dans le passé par l'utilisation d'un asservissement de "recherche des extré- mums" qui employait une modulation analogique de la ten- sion d'attaque du transducteur de miroir, suivie par une démodulation analogique du signal d'intensité La modula- tion/démodulation était effectuée à une fréquence relati- vement élevée (par exemple six kilohertz) L'asservisse- ment pouvait ensuite être refermé au moyen d'une boucle analogique qui renvoyait une tension de commande qui dépendait du signal de sortie du démodulateur Une condi- tion de fonctionnement stable était obtenue lorsque le signal de sortie du démodulateur était égal à zéro en moyenne. Ultérieurement, les opérations d'asservissement ont été effectuées par l'ordinateur de système On a utilisé un convertisseur analogique-numérique pour permet- tre à l'ordinateur de commander la tension de commande Le dispositif faisait toujours appel à la modulation et à la démodulation analogiques de base à six kilohertz (ou une fréquence équivalente), pour produire un signal d'erreur pour le fonctionnement de la boucle de commande. Une étude a révélé que, du fait de variations de la sensibilité de transducteurs piézoélectriques et d'au- tres paramètres des miroirs et du gyroscope, de telles boucles d'asservissement présentaient de très grandes variations du gain de boucle, conduisant ainsi à des per- formances non reproductibles du dispositif de commande, et souvent à des temps de convergence longs Pour résoudre ce problème, deux des inventeurs de la présente invention ont déposé le ler novembre 1991 une demande de brevet des E.U A n' 07/640179, actuellement en instance, qui a été cédée à la Demanderesse de la présente invention Dans cette demande en instance, une boucle d'asservissement principale (boucle d'asservissement de "recherche des extrémums") et une boucle d'asservissement secondaire (commande de modulation) réalisent une commande d'accord fin de la longueur de la cavité pour un gyroscope à laser en anneau à deux modes En particulier, en relation avec la figure l B, la demande de brevet N O 07/640179 indique qu'il est nécessaire d'ajuster la commande de modulation sur une gamme de variation de température très étendue, pour maîtriser ainsi la sensibilité à la température de la longueur de la cavité du gyroscope à laser en anneau. Cette démodulation portant sur le second harmonique a permis au système de commande de longueur de la cavité d'accepter des courbes de gain semblables à la courbe 10 ' (figure l B), qui sont caractérisées par des changements de gain du transducteur piézoélectrique En commandant le gain et la profondeur de modulation, on peut accepter la courbure variable de la courbe de gain d'intensité 10 ' de la figure 1 B sur une gamme de variation de température étendue. La Demanderesse de la présente invention est également titulaire d'un brevet des E U A N O 4 963 026 (délivré le 16 octobre 1990), qui décrit une boucle d'asservissement principale de "recherche des extrémums", de type analogique, qui est soumise à l'action d'un signal RF modulé en amplitude, dans la gamme de 1 Hz 10 k Hz. L'inventeur souhaite prendre le principe de la demande de brevet en instance 07/640179 et l'appliquer à la situation d'oscillateurs multiples qui est envisagée dans le brevet des E U A N O 4 963 026, en lui apportant une amélioration. L'invention porte sur un système de commande de longueur de cavité pour un gyroscope à laser en anneau qui comprend un gyroscope à laser en anneau monolithique défi- nissant un chemin optique dans lequel des ondes électro- magnétiques se propagent en circulant entre au moins trois miroirs de coins constituant le chemin optique, l'un au moins de ces miroirs transmettant partiellement la lumière, et l'un au moins des miroirs étant mobile vers l'intérieur et vers l'extérieur Un dispositif de déplacement de miroir est incorporé dans le but de déplacer le miroir de coin vers l'intérieur et vers l'extérieur, pour commander la longueur de la cavité Le système de commande de longueur de la cavité comprend un système qui effectue une activation commandée du dispositif de déplacement de miroir Ce système comprend un transducteur qui est destiné à mesurer l'inten- sité d'ondes électromagnétiques qui se propagent en circu- lant dans le gyroscope; une unité de commande à boucle d'asservissement qui est destinée à-commander le mouvement du miroir de coin, et qui produit un signal de commande de boucle d'asservissement qui est fonction de la tension du dispositif de déplacement de miroir, et du changement de l'intensité des ondes électromagnétiques qui se propagent, dans la mesure o cette intensité est liée à la tension du dispositif de déplacement; une unité de commande de modulation qui est destinée à commander l'amplitude de la modulation du signal de commande de boucle d'asservissement de l'unité de commande à boucle d'asservissement, cette unité de commande de modulation produisant en outre un signal de commande de gain qui est fonction de la tension du dispo- sitif de déplacement de miroir, et qui est sensible au changement de l'intensité des ondes, dans la mesure o cette intensité est 11 ée à la tension du dispositif de déplace- ment; et une unité de commande de gain radiofréquence (RF) qui est destinée à régler l'amplitude d'un signal détecté représentant l'intensité du gyroscope De cette manière, on obtient un gain de boucle d'asservissement stable pour commander le miroir de coin du gyroscope à oscillateurs multiples. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention seront mieux compris à la lecture de la descrip- tion qui va suivre de modes de réalisation, donnés à titre d'exemples non limitatifs La suite de la description se réfère aux dessins annexés dans lesquels: La figure LA est une représentation graphique de la courbe de gain de fonctionnement d'un gyroscope à laser en anneau à multi-oscillateur à quatre modes, appartenant à l'art antérieur. La figure 1 B est une représentation graphique de la courbe de gain de fonctionnement d'un gyroscope à laser en anneau à multi-oscillateur à quatre modes conforme à l'invention, et cette figure compare, en faisant ressortir leur différence, les courbes de gain qui sont produites par des transducteurs piézoélectriques (ou PZT) à sensi- bilité élevée et à faible sensibilité qui sont utilisés pour commander la longueur de la cavité. La figure 1 C est une représentation graphique de la courbe de gain de fonctionnement d'un gyroscope à laser en anneau à multi-oscillateur à quatre modes, conforme à l'invention, et cette figure compare, en en faisant ressortir la différence, les courbes de gain qui sont produites par des photodétecteurs à sensibilité élevée et à faible sensibilité, et par des circuits électroniques à intensité élevée et à faible intensité. Les figures 2 A, 2 B et 2 C montrent les données détectées à partir des courbes de gain des figures 1 B et 1 C, ainsi que la manière selon laquelle on peut utiliser ces données pour déterminer la pente de la courbe de gain et le point de fonctionnement maximal de la courbe de gain. La figure 3 est un schéma montrant la configura- tion de matériel du système de commande de longueur de cavité, à commande numérique, pour un gyroscope à laser en anneau à multi-oscillateur, conforme à l'invention. La figure 4 est un schéma montrant une configu- ration numérique hybride de matériel et de logiciel du système de commande de longueur de cavité pour un gyrosco- pe à laser en anneau à multi-oscillateur conforme à l'in- vention, montrant en détail la circulation de l'informa- tion de signal. La figure 5 est un diagramme séquentiel détaillé qui montre les opérations du bloc de source de modulation de signal 48 des figures 3 et 4 de l'invention. L'invention porte sur un système basé sur un microprocesseur qui utilise une modulation de miroir géné- rée par logiciel, et une démodulation de sortie de comman- de de longueur de cavité (ou CLC), pour l'utilisation dans un gyroscope à laser en anneau à multi-oscillateur Bien que la commande soit entièrement basée sur un microproces- seur, il est également possible de réaliser une commande de longueur de chemin avec un gain de boucle stable en employant une technique qui fait appel à des systèmes ana- logiques, conformément aux principes représentés et décrits ici en relation avec les figures 3 et 4 Cepen- dant, le système basé sur un microprocesseur procure une résolution et des performances de commande qu'un tel système analogique peut difficilement atteindre L'inven- tion porte sur la commande d'amplitude de modulation de la modulation de signal CLC dans le domaine de"l'écartement de modes" Pour satisfaire les besoins spéciaux du multi- oscillateur, devant être capable de fonctionner avec un décalage par rapport à l'intensité maximale de la courbe de gain du gyroscope, un système de commande de gain RF est incorporé, et dans le mode de réalisation préféré ce système peut être une boucle de CAG (commande automatique de gain) réalisée par logiciel De plus, le système de commande de gain RF règle le gain de l'amplificateur RF 34 (figure 3) de façon que l'intensité du signal du gyroscope puisse être compensée, lorsqu'elle est trop faible ou trop élevée L'invention permet au système de commande de lon- gueur de cavité de continuer à fonctionner lorsque le point de commande de longueur de cavité du multi-oscilla- teur est décalé (dans le but de permettre l'égalisation de la dispersion de gain de la cavité du gyroscope), en pro- curant un mécanisme qui permet à l'unité de commande de modulation et au système de commande de gain RF de régler la boucle d'asservissement de CLC principale par référence à une valeur de décalage prédéterminée Le système de commande de longueur de cavité qui est décrit ici découple l'interaction entre la modulation et les boucles Pendant que ces boucles convergent, l'interaction mutuelle des boucles secondaires n'est pas importante Les interactions entre boucles ont été résolues de manière analytique et éliminées, sauf lorsqu'elles sont délibérées et avanta- geuses pour le fonctionnement du système Dans des condi- tions transitoires (c'est-à-dire à la mise en fonction), une interaction entre boucles peut provoquer des perturba- tions mutuelles qui retardent temporairement la convergen- ce (c'est-à-dire l'obtention d'un état de régime perma- nent). Pour atteindre le but d'une commande de longueur de cavité souple et adaptative, on met en oeuvre trois boucles, comme représenté sur la figure 3 La boucle fon- damentale est la boucle de commande de longueur de cavité (CLC) 44 qui maintient la longueur de la cavité à une valeur prédéterminée (spécifiée par le décalage de lon- gueur de chemin 87) La boucle de commande de modulation 46 règle l'amplitude de modulation du miroir et le gain de la boucle CLC pour que la boucle principale soit stable et commandée de manière bien définie, et pour faire en sorte que le gyroscope soit modulé à un pourcentage relativement constant d'un écartement de modes La boucle de commande de gain RF 42 règle le gain du signal RF, de façon à procurer un niveau de sortie de signal prédéterminé Le gain RF est réglé sur la base de l'amplitude de crête de mode projetée, et non sur l'amplitude du point de fonc- tionnement (qui est fonction du décalage de la longueur de chemin). Bien qu'une interaction notable puisse normale- ment être présente entre les trois boucles, on a élaboré des expressions analytiques pour calculer et pour corriger l'interaction, et donc pour la réduire ou l'éliminer. En se référant à la figure 3, on note qu'un gyroscope à multi- oscillateur à laser en anneau, 30, peut être réalisé en utilisant un jeu de quatre miroirs de coins 22, 24, 26 et 28 (ayant une configuration légèrement non plane, cette disposition non plane des miroirs n'étant pas représentée sur la figure 3, mais étant connue dans la technique) L'un des mirois de coins, par exemple le miroir 26, peut être partiellement transparent, de façon que les deux faisceaux tournant en sens inverse d'horloge (ou bien les deux faisceaux tournant en sens d'horloge) sortent du gyroscope vers la photodiode 32 Le mélange des deux faisceaux crée un signal dont la fréquence est égale à la différence entre les deux fréquences des faisceaux. Cette différence de fréquence qui résulte d'une séparation réciproque est de façon caractéristique de l'ordre de quelques centaines de mégahertz Le signal mélangé qui apparaît à la sortie de la photodiode 32 est transmispar un amplificateur à transimpédance de haute fréquence 33, et par un amplificateur 34, avant d'être appliqué à un filtre passe-bande 36 (Les amplificateurs 33 et 34 peuvent être constitués par l'amplificateur à circuit intégré micro-onde monolithique bipolaire au silicium INA-03170, qui est un amplificateur à faible bruit, pouvant être connecté en cascade, fabriqué par Avantek, Inc, Santa Clara, Californie L'amplitude de signal est détectée par le détecteur d'amplitude 38, et ce détecteur 38 est con- necté à l'entrée d'un convertisseur A/N 39, qui convertit le signal analogique détecté en un signal numérisé qui apparaît à la sortie du convertisseur A/N 39 Le signal numérisé présent à la sortie du convertisseur A/N 39 est appliqué à un point d'embranchement 41, et il est ensuite distribué par l'intermédiaire du point d'embranchement 41 vers différentes branches du circuit de commande de lon- gueur de cavité 40 Ces branches comprennent la boucle de gain RF 42, la boucle CLC 44 et la boucle de commande de modulation 46 Le signal de sortie de la boucle de comman- de de modulation 46 est renvoyé vers la boucle CLC 44, et il est appliqué au bloc de source de modulation de signal 48, dont la fonction est remplie par un ordinateur (ce bloc produit un signal 100, comme représenté sur la figure ) Le signal de sortie de la boucle CLC 44 et celui du bloc de source de modulation de signal 48 sont additionnés au point de sommation 50 Le signal de sortie résultant du point de sommation 50 est ensuite traité et converti en une tension analogique par le convertisseur N/A 52 Le signal converti est appliqué à un transducteur piézoélec- trique qui est fixé au miroir 28, et qui fait en sorte que le miroir 28 soit maintenu à une position moyenne corres- pondant au point de fonctionnement désiré, et soit modulé à la fréquence de modulation ( 128 Hz) que le bloc 48 applique au convertisseur N/A 52, et qui est obtenue à partir d'un signal numérisé. La figure 4 montre une représentation schéma- tique plus détaillée du couplage mécanique et opto- électronique dans le gyroscope à laser en anneau L'ins- trument et le module, au point de vue de la physique, que constitue le gyroscope à laser en anneau, sont modélisés mathématiquement et schématiquement en 60 Ce modèle 60 comprend une fonction de transfert de transducteur piézo- électrique (ou PZT) 28 ', qui modélise les caractéristiques du transducteur piézoélectrique qui est fixé au miroir 28 de la figure 3 Le point de sommation 62 (figure 4) fait la somme d'une valeur de référence prédéterminée X 0 et du signal de sortie "X" de la fonction de transfert de trans- ducteur piézoélectrique 28 ', pour appliquer un signal d'entrée "Y" à la fonction de transfert de gyroscope 64 (qui modélise mathématiquement le gyroscope 30 de la figure 3) Le signal de sortie de la fonction de transfert de gyroscope 64 est appliqué à la photodiode, qui est représentée sur la figure 4 par la fonction de transfert 32 ' Les tensions qui sont appliquées au transducteur du système de commande de longueur de cavité à transducteur piézoélectrique (figure 3) règlent la position du miroir 28 vers l'intérieur/extérieur La valeur du mouvement introduit dépend de la sensibilité piézoélectrique du transducteur piézoélectrique qui est fixé au miroir de coin 28 La valeur du mouvement est désignée par "Y", et cette valeur est appliquée au gyroscope, comme décrit précédemment en relation avec la figure 4 Ce mouvement "Y" affecte l'intensité du gyroscope selon une loi parabolique et, dans une moindre mesure, du quatrième degré, comme le montre l'équation dans le bloc de la fonction de transfert de gyroscope 64, et comme le montrent les figures 2 A, 2 B et 2 C Les courbes de gains 12, 14 et 16 des figures 2 A, 2 B et 2 C représentent l'intensité du signal du gyroscope en ordonnée (axe vertical), en fonction de la tension appliquée au transducteur piézoélectrique en abscisse (axe horizontal) L'intensité de tension (I) représente la tension correspondant à l'intensité de crête de la carac- téristique du gyroscope qui est représentée sur les figures 2 A, 2 B et 2 C Le terme "a" représente la sensibilité vis- à-vis d'erreurs de longueur de chemin, comme indiqué dans la courbure de mode Graphiquement, "'a représente la courbure à la crête des courbes de gain de mode 12, 14 et 16 des figures 2 A, 2 B et 2 C Le terme "D O qui est utilisé dans les tableaux d'équations en annexe, et sur la figure 4, indique la valeur de commande présente qui doit être ajoutée à la modulation commandant la position du miroir, et ce terme correspond à la longueur de la cavité à la crête de mode la plus proche La boucle de commande de gain de modulation 46 (figures 3 et 4) a pour but d'obser- ver et de compenser des variations de la sensibilité du transducteur piézoélectrique et de la concavité de mode. Cette boucle 46 permet de réaliser une commande d'amplitu- de de modulation normalisée, pour faire en sorte que la modulation corresponde à une fraction relativement cons- tante d'un mode Cette boucle permet également une prédic- tion de la forme de mode, de façon à permettre une projec- tion vers la crête du mode Cette boucle est liée à la courbure du profil de gain 10 et 10 ' de la figure 1 B Les observations de forme de mode permettent de commander le décalage du gain CLC et de la longueur de chemin du modèle en "écartements de modes", et de régler la tension du miroir pour tenir compte des changements de courbure de la courbe de gain qui sont dus aux variations de sensibilité du transducteur piézoélectrique La variation du profil de gain fait apparaître les fréquences des modes LA, LC, RA et RC qui sont associés au profil de gain 10, tandis que les modes LA', LC', RA' et RC' sont associés au profil de gain 10 '. La boucle d'asservissement de commande de lon- gueur de cavité (CLC) 44 remplit la fonction d'un asser- vissement de "recherche des extrémums" qui peut être com- mandé, en association avec la boucle 42, de façon à prendre une position de décalage de longueur de chemin demandée (POFF 87 sur la figure 4) Bien que le décalage de référence 87 soit finalement appliqué sous la forme d'un décalage à la pente de la courbe d'intensité dans le circuit de sommation 84, il est réglé d'une manière telle que le décalage 87 lui-même représente un décalage en "espace de modes" La modélisation du décalage de longueur de chemin sera en "espace de modes" aussi longtemps que la concavité de modes ne change pas pour des raisons autres que des changements de sensibilité du transducteur piézo- électrique Les trois boucles de commande 42, 44 et 46 sont toutes fermées et stables La figure 1 C illustre le fonctionnement de la boucle 42 Les profils de gain 10 c et 'c montrent un profil de gain d'amplitude plus élevée c, par opposition à un profil 10 ' c correspondant à une faible sensibilité de détecteur On note que la position des fréquences de modes LA, LC, RC et RA qui sont asso- ciées à la figure 1 C sont les mêmes pour les deux profils de gain 10 c et 10 'c. Le signal que le bloc 48 de source de modulation de signal impulsionnel, à plusieurs échelons, généré par un ordinateur, applique au convertisseur numérique-analo- gique 52 par l'intermédiaire du point de sommation 50, est représenté graphiquement à l'intérieur de ce bloc 48 La tension impulsionnelle est divisée en quatre créneaux temporels (Ceci est également vrai pour le démodulateur de créneaux temporels 56, qui est divisé en démodulateurs de sommation et de calcul de moyenne 58 A, 58 B, 58 C et 58 D) Dans les premier et troisième créneaux temporels ( 50, 52), seule la tension de fonctionnement est fournie. Dans le second créneau temporel (Si), la tension qui est fournie est égale à la tension de fonctionnement plus un incrément (+M) Dans le quatrième créneau temporel ( 53), la tension qui est fournie est égale à la tension d'ali- mentation plus le décrément (-M) Le cycle entier se répète continuellement. En se référant à la figure 5, on note que le système de commande de longueur de cavité met en oeuvre une technique de modulation et de démodulation grâce à laquelle quatre créneaux temporels d'une largeur de 1/512 S (ou 1/400 s) (Créneau 0, Créneau 1, Créneau 2 et Créneau 3) sont attribués et sont utilisés pour commander la condition du CNA (convertisseur numérique-analogique) par la commande de la condition du CNA + la modulation La démodulation est réalisée en 56 et 58 A-58 D, par l'accu- mulation de valeurs dans les quatre registres, chaque registre correspondant à l'un de quatre créneaux temporels courants A une cadence inférieure (par exemple 32 Hz), le système de commande de longueur de cavité associe les quatre accumulations selon des combinaisons spécifiques, pour réaliser la démodulation d'erreur de CLC, une démodu- lation d'erreur de gain de boucle/transducteur piézoélec- trique, et une démodulation de CAG RF Les quatre créneaux temporels à 512 Hz sont attribués comme le montrent les figures 4 et 5 Un intégrateur de démodulation 58 A à 58 D est attribué à chaque créneau temporel, et la valeur A/N correspondant au signal de sortie de l'amplificateur 34 (tel qu'il est échantillonné par l'échantillonneur 55) est additionnée à l'intégrateur à 512 Hz approprié La valeur N/A est ensuite actualisée avec la valeur appropriée (le point de fonctionnement = Do; le point de fonctionnement + modulation = Do + M; et le point de fonctionnement modu- * lation = D M) La valeur A/N suivante doit ensuite correspondre à la nouvelle valeur N/A. Une valeur de l'intensité du laser, mesurée par la photodiode 32 (figure 3), est échantillonnée pendant chaque créneau temporel (par l'échantillonneur 55, à la cadence de 512 Hz, dans le mode de réalisation préféré), et cette valeur est transmise au démodulateur de créneaux temporels 56 par l'intermédiaire du convertisseur analo- gique-numérique 54 (figure 4) Bien que les fonctions de démodulation soient accomplies par le bloc 56 de source de modulation de signal impulsionnel, à plusieurs échelons, généré par ordinateur, et par les blocs 58 A-58 D, ces fonc- tions sont accomplies très simplement par l'utilisation d'additions dans le microprocesseur Des démodulateurs analogiques qui sont utilisés dans l'art antérieur ne sont pas nécessaires. Le signal de sortie du démodulateur de créneaux temporels 56 fait l'objet d'un calcul de moyenne sur de nombreux cycles, par les démodulateurs à sommation et calcul de moyenne 58 A à 58 D Ceci élimine le bruit dans le signal au cours du temps La valeur moyenne du signal de sortie des démodulateurs à sommation et calcul de moyenne 58 A à 58 D, est échantillonnée par l'échantillonneur 57 de la figure 4, pour produire des signaux utiles à la comman- de du gain de la boucle CLC principale 44 (figure 4). Le démodulateur de créneaux temporels 56 appli- que des données au circuit de sommation de signal 82 (de la figure 4), qui produit un signal qui est une mesure de la différence entre les signaux qui sont échantillonnés pendant les second ( 51) et quatrième ( 53) créneaux tempo- rels Ce signal de différence est une mesure de la pente, représentée sur les figures 2 A, 2 B et 2 C, de la courbe caractéristique près de la position de fonctionnement. Lorsque la différence atteint zéro, la position de fonc- tionnement se trouve à la crête de mode P de la figure 2 C. La plage de mesure est comprise entre deux points + 16 La différence mesure la pente, et elle est analogue à la démodulation du premier harmonique d'un dispositif à modu- lation analogique Les conditions sont similaires pour les figures 2 A et 2 B La figure 2 A montre une pente entre + 12 autour du point L, o la cavité fonctionne au-dessous de la crête du mode; tandis que la figure 2 B montre une pente entre 14 autour du point N (Sur la figure 2 A, le trans- ducteur piézoélectrique devra être déplacé dans la direc- tion 18 pour réaliser un réglage optimal, tandis que sur la figure 2 B le transducteur piézoélectrique devra être déplacé dans la direction 20 pour le fonctionnement opti- mal La figure 2 C montre la cavité fonctionnant à son point le plus efficace (intensité maximale). Sur la figure 4, le signal de sortie du démodu- lateur de créneaux temporels 56 et des démodulateurs 58 A- 58 D passe par l'élément de sommation de signaux 82 Le signal de sortie de l'élément 82 est appliqué à l'élément de sommation 84 dans lequel il est soustrait du signal de sortie du multiplieur 86 Ceci permet à la boucle de com- mande de longueur de cavité de fonctionner à n'importe quel point désiré décalé par rapport au centre du mode (on envisagera ceci ultérieurement) Le signal de sortie de l'élément de sommation 84 est le signal d'erreur CLC qui est multiplié dans le bloc 94 par l'inverse du signal de démodulation du gain de boucle, ou LPGD (signal de sortie du circuit de combinaison de signaux 90) L'inverse est créé par le bloc de calcul 92 Il a pour fonction de stabiliser le gain de la boucle CLC 44, indépendamment des conditions de fonctionnement Le signal d'erreur stabilisé est ensuite multiplié dans le multiplieur 96 par une cons- tante KCLC qui fixe le gain de boucle ou, de façon équiva- lente, la constante de temps, de la boucle principale de commande de longueur de cavité Dans le bloc 98, le signal de sortie du bloc de gain 96 est multiplié par l'amplitude de modulation M qui est en vigueur à l'instant considéré (signal de sortie du bloc 105) Ceci a pour effet de pro- portionner les corrections de la boucle CLC à la concavité de mode appropriée, qui est déterminée par la boucle de commande d'amplitude de modulation 46 Le bloc 48 applique des corrections à la tension de fonctionnement, par l'in- termédiaire de l'intégrateur 104. La valeur de la tension de fonctionnement D est o accumulée dans le circuit de sommation ou intégrateur numérique 104, pour donner un signal de sortie pour Do. Les signaux de sortie des multiplieurs 96 et 98 sont limités dans l'intégrateur 104 à une plage de tension raisonnable, pour éviter que des valeurs erronées ne perturbent fortement la boucle primaire Le signal numé- rique de fonctionnement qui est enregistré dans l'élément de sommation 104 est compris dans une plage prédéterminée acceptable d'une crête de mode particulière. La tension qui provient de l'élément de somma- tion 104 correspond à la tension "D " pendant les créneaux o temporels ( 50) et ( 52) du bloc de source de modulation de signal 48 Un incrément ou un décrément M est ajouté à cette valeur pendant les créneaux temporels ( 51) et ( 53). L'amplitude de l'incrément ou du décrément +M est commandée par une boucle secondaire 46 qui comprend le bloc de source de modulation de signal 48 Les valeurs des signaux d'intensité provenant des démodulateurs à somma- tion et calcul de moyenne 58 A-58 D pendant le Créneau tem- porel O et le Créneau temporel 2 sont ajoutées, et les valeurs pendant le Créneau temporel 1 et le Créneau tempo- rel 3 sont soustraites (voir la figure 5) Par conséquent, pour démoduler le signal, on n'utilise que des additions et des soustractions dans la boucle secondaire du système numérique de commande de longueur de cavité de l'inven- tion Le signal qui est produit est une mesure de la courbure de la courbe donnant l'intensité en fonction de la tension appliquée Cette démodulation qui est réalisée par addition et soustraction, est analogue à une démodu- lation du second harmonique Le signal de sortie de somme de l'élément de sommation 90 est multiplié dans le multi- plieur 93 par l'inverse de la valeur RFGD (démodulation du gain RF), provenant du bloc de calcul 69, ce qui donne le quotient LPGD/RFGD au point d'observation 101 L'inverse de la valeur RFGD est utile pour découpler la boucle 46 vis-à-vis de la boucle de commande du gain RF, 42. La valeur que produit le multiplieur 93 est soustraite au point de sommation 95 d'une valeur de réfé- rence prédéterminée (LREF) 103, et le signal de différence est multiplié par KLP en 99, après la rétroaction par l'intermédiaire du multiplieur 97, pour produire un signal proportionnel à l'erreur dans la modulation d'amplitude M des incréments et des décréments de tension. On utilise la multiplication dans le bloc 97 par l'ancienne valeur de M, pour proportionner l'erreur de façon à la faire passer d'une erreur relative (c'est-à- dire une erreur en pourcentage) à une erreur absolue. La multiplication par KLP qui est effectuée dans le bloc 99 fixe le gain de boucle (ou, de façon équivalen- te, la constante de temps) de la boucle de commande d'am- plitude de démodulation Le signal de sortie du bloc 99 est accumulé dans l'intégrateur 105 pour produire l'incré- ment/décrément de modulation M désiré, qui est utilisé dans le bloc de source de modulation 48 ainsi que dans les multiplieurs 97 et 98 La plage de l'intégrateur 105 est limitée de façon à éviter que des valeurs erronées ne fassent apparaître des amplitudes de modulation non réalistes. De plus, la somme d'erreur de sortie provenant de l'élément de sommation 90, qui est désignée par LPGD, est émise vers la fonction de découplage 80, dans laquelle elle est combinée avec le signal CLCD provenant de l'élé- ment de sommation 82, dans le but d'isoler, de découpler et de protéger la boucle de commande du gain RF 42 vis-à- vis du fonctionnement de la boucle d'asservissement 44 et de la boucle de commande de modulation 46. On décrira le fonctionnement de la boucle de commande automatique de gain (CAG) RF 42, en se référant à la figure 4 La fonction essentielle de cette boucle 42 est de permettre au système de commande de longueur de cavité d'observer et de corriger des variations du gain RF ou de l'intensité du gyroscope, pour des raisons autres qu'une variation de longueur de la cavité L'élément de sommation 66 traite le signal à 32 Hz qui provient de l'échantillonneur 57, pour fournir un signal qui est sommé au point de sommation 68 avec le signal de découplage de sortie qui provient du bloc de fonction de découplage 80. La fonction 80 a pour but de projeter le signal d'intensi- té de sa valeur locale vers sa valeur calculée de la crête de mode Le signal de sortie résultant du point de somma- tion 68 est ensuite soustrait au point de sommation 70, du signal de référence d'amplitude AREF qui provient du bloc de valeur de référence 78 Le signal d'erreur résultant provenant du point de sommation 70 est multiplié en 72 par la constante de commande automatique de gain KCAG (le réglage du gain constant de la rétroaction pour la boucle de commande de gain RF), et il est ensuite présenté à l'intégrateur 74 Le signal de sortie de l'intégrateur 74 est appliqué à un convertisseur numérique-analogique 76 qui génère une tension (VG) qui modifie le gain d'un étage de gain d'amplificateur RF 34 dans les circuits électro- niques du gyroscope On désigne par KD 2 la constante qui lie le signal d'entrée numérique du convertisseur 76 (DG) à sa tension de sortie analogique (Le terme convertisseur N/A ou convertisseur A/N désigne n'importe quel moyen électronique qui effectue une traduction ou une conversion d'un signal numérique en un signal analogique, ou d'un signal analogique en un signal numérique, et n'est pas limité aux composants habituellement appelés convertis- seurs "A/N" ou "N/A", et peut également englober d'autres techniques telles que la modulation d'impulsions en lar- geur) Le signal de sortie analogique converti du conver- tisseur N/A 76 est ensuite utilisé pour régler le gain de l'amplificateur RF 34 et pour fermer la boucle 42 De cette manière, on peut compenser des variations du gain RF et/ou de l'intensité du laser du gyroscope. De plus, la boucle de commande de gain RF 42, en association avec la boucle de commande de modulation 46, donnent à la boucle d'asservissement principale 44 la possibilité de continuer à commander la longueur de la cavité lorsque le bon fonctionnement du multi- oscillateur exige que le point de commande de mode corresponde à une valeur décalée prédéterminée, correspondant à POFF 87 (la valeur de décalage de longueur de chemin) On réalise ceci en combinant le signal RFGD (démodulation du gain RF) provenant de la boucle 42 avec le signal LPGD (démodula- tion du gain de boucle) provenant de la boucle de commande de modulation 46, dans le bloc de fonction de calcul 88. La valeur de sortie calculée du bloc 88 est multipliée dans le multiplieur 86 par la valeur de décalage prédé- terminée POFF ( 87), et le produit résultant est combiné avec le signal CLCD (démodulation CLC), ce qui donne un signal d'erreur en sortie du point de sommation 84 Le signal de sortie sommé du point de sommation 84 est ensui- te multiplié dans le multiplieur 94 par l'inverse du signal de démodulation du gain de boucle (LPGD) (qui est formé dans le bloc de transfert de boucle de modulation 92), dans le but de stabiliser le gain de la boucle CLC 44 (Le signal LPGD est obtenu à partir de la boucle de commande de modulation 46) Le signal d'erreur qui est ainsi produit est ensuite traité par la boucle d'asservis- sement envisagée précédemment, pour assurer un fonctionne- ment stable au point qui est imposé par le décalage Le décalage de longueur de chemin résultant déplace le point de fonctionnement du gyroscope par rapport à la crête de mode (Wc sur la courbe de gain 10 de la figure 1 A) Du fait que la forme de mode qui est représentée sur les figures allant de la figure l A à la figure 1 C ressemble très fortement à une parabole, on peut effectuer une projection de l'intensité du mode à la crête, en fonction du décalage et de paramètres qui sont obtenus à partir des démodulateurs La Boucle de CAG RF 42 réalise l'asservis- sement sur une intensité de crête projetée, au lieu d'une intensité locale Cette caractéristique du mécanisme de décalage est mise en oeuvre par la fonction de calcul 80 et ses blocs de traitement associés qui combinent les signaux CLCD et LPGD pour rendre le gain du signal RF insensible au décalage de longueur de chemin De cette manière, on peut effectuer des balayages de mode en appliquant un balayage à la valeur de décalage imposée; le système de commande de longueur de cavité est alors capa- ble de fonctionner comme s'il n'y avait pas de décalage de la crête. Les Tableaux I-IV dans l'Annexe "Equations" donnent les équations de fermeture de boucle On s'est efforcé de normaliser les signaux d'erreur pour obtenir des constantes de temps stables La boucle de commande de gain RF 42 peut nécessiter un réglage à cause de la plage de sensibilité étendue du gain RF vis-à-vis de la tension d'entrée de commande de gain De plus, il est avantageux de partir d'une valeur trop élevée plutôt que d'une valeur trop basse pour le gain RF, du fait que l'on peut ainsi obtenir plus rapidement la convergence ou un fonctionne- ment en régime établi Les Tableaux en Annexe donnent des valeurs suggérées pour le mode de réalisation préféré de l'invention Ces valeurs sont comprises dans une plage préférée, mais on prévoit dans le futur la possibilité d'un fonctionnement à l'extérieur des limites de ces plages Les Tableaux I-IV suivants ont été mentionnés dans le texte de cette description détaillée du mode de réali- sation préféré, et ils sont présentés pour décrire mathé- matiquement et clarifier l'invention Les dessins, et en particulier l'organigramme de la figure 4, suivent fonc- tionnellement les équations qui sont présentées dans ces Tableaux I à IV. 2 ? TABLEAU I ANNEXE "EQUATIONS" MODELE DE GYROSCOPE A AD G KRF 10 ( a 2 (P KD (D DT))2), A étant le signal de sortie A/N CAREF = 131072 (niveau de 0,5 V)l KAD est le facteur d'échelle A/N en valeur de comptage/volt KLP est le gain constant de rétroaction, fixant la constante |f de temps pour la boucle de commande de modulation lKLP est choisi pour avoir une constante de temps T = 375 ms L pour l'Acquisition et 1,55 S pour la Poursuite, avec pour M la condition: 1 V D est la valeur de commande présente à ajouter à la modula- tion; D = D + M, (Se); D = D M, ( 53 D est le réglage N/A qui correspondrait réellement à la T crête du mode, et il donne la tension V correspondant à la crête du mode T M est l'Amplitude de la Modulation du signal Numérique N est le nombre de Cycles de Modulation par Cycle d'actualisation i POFF l est le Décalage de Longueur de Chemin -I TABLEAU II EQUATIONS DE DEMODULATION CLCD est la Démodulation CLC; = 53 S LPGD est la Démodulation du Gain de Boucle =S 51 + 52 53 lla limite inférieure de LPGD est 0, en Acquisition comme en Poursuitel RFGD est la Démodulation du Gain RF; = 50 + 52 + 1 (CLCD)2/LPGD LREF est la référence de boucle; AREF est la référence d'ampli- tude. lLREF est égale à 0,0025 en Acquisition comme en Poursuitel, TABLEAU III OBJECTIFS DE COMMANDE REGLER D POUR QUE CLCD POFF l(LPGD) (RFGD)l = OFF lLG)(FDl REGLER M POUR QUE LPGD = LREF * RFGD REGLER G POUR QUE RFGD = AREF CLCD =S S S = 4 N KAD GK KRF Ia 2 KD 12 p 2 M (DDT) LPGD =S S + S 53 = 2 N KAD G KRF I a K 2 p 2 M 2 o i 2 3 AD RF o 2 Dl RFGD= 50 + 52 + = 2 N KAD G KRF I |(CLCD)2 / LPGD LOI DE COMMANDE CLC; Do D + * M/LPGD * OFF = Do KCLC P OFF *E(LPGD) (RFGD)l CLCD} LOI DE COMMANDE D'AMPLI TUDE DE MODULATION; M = M + K L * M * lLREF LPGD/RFGDl LOI DE COMMANDE DU GAIN RF; DG KAGC -AREF RFGDl G DG+ AGC l?AREF TABLEAU IV ETABLISSEMENT DES EQUATIONS A PARTIR DU MODELE DE GYROSCOPE A = KAD G KF Io ( 1 a 2 (P K Do (D DT))Z) CRENEAUX O, 2: D = DO; donc, A = KAD G KRF Io ( 1 a 2 (P KD 1 (Do DT)) 2) CRENEAU 1: D = Do + M; donc, A = KAD G KR Io ( 1 a 2 (P K Dl (DO DT + M))) = KAD G KRF Io ( 1 a 2 (P KDI)2 ((DO DT) 2 + 2 (Do DT)M + M 2)) CRENEAU 3: D = Do M; donc, A = KAD G KRF Io ( 1 a 2 (P KD 1 (DO DT M))2) = KAD G KRF IO ( 1 a 2 (P KD)Z 2 ((DO DT)22 (Do DT) M + MZ)) DU FAIT QUE LESS S, S,, S, S S'ACCUMULENT SUR N CYCLES, LES VALEURS CI-DESSUS SONT N FOIS SUPERIEURES LORSQU'ELLES SONT EXPRIMEES SOUS LA FORME DES S ON A DONC: SO = 52 = N KAD G KRF Io ( 1 a 2 (P KDI (DO DT))) 51 = N KAD G KRF I ( 1 az (P KD 1)2 ((DO DT) + 2 (Do DT)M + M 1)) 53 = N KAD G KRF Io ( 1 a Z (P KD 1)2 ((DO Dr)Z 2 (Do DT)M + MZ)) DONC, CLCD = 53 51 = 4 N KAD G KRF Io az (P KDI)2 M (DO DT); LPGD = So 51 + 52 53 = N KAD G Ku Io { ( a 2 -D D 4 T + 1 a 2 (P KDI) 2DU(Du M + MZ)) + = az -u DT 1 1-+ a 2 (P KD)Z ((Du DT E DTT)M + Mz 2)) = 2 N KAD G KRF Io a 2 (P KD 1)2 M 2 RFGD = So + SZ + (CLCD)Z / LPGD = 2 N KAD G KR Io * ( 1 az (P KDI) (DO DT) 2)) + % {l 16 N 2 KADZ G 2 KRF 2 Io 2 a 2 P 4 KD 14 M 2 (DO DT)Zl / l 2 N KAD G KRF IO a 2 PZ KD 1 M 2 l; = 2 N KAD G KRF Io * ( 1 a Z P 2 K Di 2 (Do DT)2) + 2 N KAD G KRF I o az PZ KD 12 (Do DT)2 = 2 N KAD G KRF Io. Le dispositif de commande de longueur de cavité qui est décrit ici est donc relativement moins coûteux et moins complexe que les dispositifs de commande existants qui utilisent des composants et des polariseurs optiques. En outre, le dispositif de commande de longueur de cavité présent comprend un système d'asservissement qui règle automatiquement la longueur du chemin de la cavité pour permettre une commande précise du capteur inertiel à multi-oscillateur indépendamment de la configuration non plane du multi-oscillateur. Bien que des modes de réalisation préférés soient représentés, il est clair que l'on peut envisager d'autres modes de réalisation équivalents de l'invention qui procurent d'autres solutions appropriées, remplissant des fonctions similaires à celles du mode de réalisation préféré, et utilisant néanmoins les principes et les enseignements fondamentaux de l'invention qui est décrite ici A titre d'exemple, l'unité de commande de modulation 46 pourrait moduler le signal de la boucle CLC principale 44 par un procédé de modulation autre que la modulation d'amplitude De plus, bien qu'on ait envisagé le fonction- nement de l'invention essentiellement dans le contexte d'un gyroscope à laser en anneau à multi-oscillateur, les revendications englobent des gyroscopes à laser en anneau avec oscillation mécanique, à structure plane et à deux modes, ainsi que toutes les autres formes de capteurs de vitesse angulaire utilisant des lasers en anneau Il faut donc considérer que d'autres modes de réalisation ayant des fonctions ou des structures pratiquement équivalentes, entrent dans le cadre des revendications annexées. REVENDICATIONS 1 Système de commande de longueur de la cavité d'un gyroscope à laser en anneau, caractérisé en ce qu'il comprend, en combinaison: un gyroscope à laser en anneau ( 30) définissant un chemin optique dans lequel des ondes électromagnétiques se propagent en circulant entre au moins trois miroirs de coins ( 22, 24, 26, 28) qui forment le chemin optique, l'un au moins ( 26) des miroirs étant partiellement transparent, et l'un au moins ( 28) des miroirs pouvant être déplacé vers l'intérieur et vers l'extérieur; des moyens de déplacement qui sont destinés à déplacer vers l'intérieur et vers l'extérieur le ou les miroirs de coins ( 28) précités, dans le but de commander la longueur de la cavité; des moyens destinés à effectuer une activation commandée des moyens de déplacement, com- prenant: des moyens transducteurs ( 32) qui sont destinés à mesurer l'intensité d'ondes électromagnétiques qui se propagent en circulant dans le gyroscope ( 30); des moyens de commande à boucle d'asservissement ( 44) destinés à commander le mouvement du ou des miroirs précités ( 28), qui produisent un signal de commande de boucle d'asservis- sement qui est fonction de la tension des moyens de dépla- cement de miroir et du changement de l'intensité des ondes électromagnétiques qui se propagent, dans la mesure o cette intensité est liée à la tension des moyens de dépla- cement; des moyens de commande de modulation ( 46) destinés à commander l'amplitude de la modulation du signal de com- mande de boucle d'asservissement des moyens de commande à boucle d'asservissement ( 44), ces moyens de commande de modulation ( 46) produisant en outre un signal de commande de gain qui est fonction de la tension des moyens de déplacement de miroir et qui est sensible au changement de l'intensité des ondes dans la mesure o cette intensité est liée à la tension des moyens de déplacement; et des moyens de commande de gain radiofréquence (RF) ( 42), qui sont destinés à régler l'amplitude d'un signal détecté représentant l'intensité des ondes du gyroscope ( 30); grâce à quoi on obtient un gain de boucle d'asservissement stable pour commander le ou les miroirs précités ( 28). 2 Système de commande de longueur de la cavité d'un gyroscope à laser en anneau selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de commande de modulation ( 46) qui sont destinés à commander l'amplitude de la modu- lation du signal de commande de boucle d'asservissement des moyens de commande à boucle d'asservissement ( 44) comprennent en outre: des moyens de modulation à commande numérique qui appliquent un signal de commande de modula- tion numérique à la boucle d'asservissement ( 44); ces moyens de modulation à commande numérique étant fonction- nellement associés à des moyens de modulation de signal ( 48); ces moyens de modulation de signal ( 48) appliquant aux moyens de déplacement de miroir de coin un signal numérique prédéterminé ayant des valeurs alternées; grâce à quoi les moyens de commande de modulation ( 46) produi- sent un signal de commande de gain qui est fonction de la tension des moyens de déplacement de miroir et qui est sensible au changement de l'intensité des ondes, dans la mesure o cette intensité est liée à la tension des moyens de déplacement. 3 Système de commande de longueur de la cavité d'un gyroscope à laser en anneau selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de commande de gain radiofréquence (RF) ( 42) qui sont destinés à régler l'am- plitude d'un signal d'intensité détecté du gyroscope, comprennent en outre: des moyens à commande numérique ( 56) qui appliquent un signal de commande de démodulation numérique aux moyens de commande de gain RF ( 42); des moyens ( 68) qui sont destinés à recevoir des signaux d'entrée provenant des moyens de commande de démodulation ( 56) et des moyens de commande à boucle d'asservissement ( 44); des moyens ( 70) qui sont destinés à combiner les signaux d'entrée de commande de démodulation et de comman- de de boucle d'asservissement, avec un signal de référence prédéterminé ( 78); et des moyens de commande de gain intermédiaires ( 72) qui fournissent un signal de sortie de commande RF qui est fonction des signaux d'entrée et du signal de référence prédéterminé; ce qui a pour effet de réaliser une commande du gain RF. 4 Système de commande de longueur de la cavité d'un gyroscope à laser en anneau selon la revendication 1, caractérisé en ce que: les moyens de commande de modu- lation ( 46) qui sont destinés à commander l'amplitude de la modulation du signal de commande de boucle d'asservis- sement, et les moyens de commande de gain RF ( 42) qui sont destinés à régler l'amplitude d'un signal d'intensité de gyroscope détecté, sont associés fonctionnellement de façon que des signaux de découplage et de décalage de point de fonctionnement qui sont générés dans les moyens de commande de modulation ( 46) soient appliqués aux moyens de commande de gain RF ( 42), et que des signaux de découplage qui proviennent des moyens de commande de gain RF ( 42) soient appliqués aux moyens de commande de modula- tion ( 46); grâce à quoi les moyens de commande de modula- tion ( 46) et les moyens de commande de gain RF ( 42) sont mutuellement découplés, et le système de commande de lon- gueur de cavité continue à fonctionner lorsque le point de fonctionnement du gyroscope à laser en anneau est décalé. Système de commande de longueur de la cavité d'un gyroscope à laser en anneau selon la revendi- cation 4, caractérisé en ce que des signaux qui sont traités par les moyens de commande à boucle d'asservisse- ment ( 44) sont combinés avec les signaux de découplage provenant des moyens de commande de modulation ( 46), et sont appliqués aux moyens de commande de gain RF ( 42); grâce à quoi la tension qui est appliquée au transducteur piézoélectrique de commande de longueur de la cavité et au miroir ( 28) peut être réglée par rapport à l'intensité du signal de gyroscope détecté, et la commande du gain RF peut être découplée des moyens de commande à boucle d'asservissement ( 44). 6 Dispositif destiné à commander la longueur de la cavité d'un gyroscope à laser en anneau à multi-oscil- lateur ( 30), caractérisé en ce qu'il comprend, en combi- naison: une cavité de gyroscope à laser en anneau à multi- oscillateur ( 30) définissant un chemin optique qui entretient au moins des paires en polarisation circulaire à gauche et en polarisation circulaire à droite d'ondes électromagnétiques se propageant en sens contraire et circulant parmi au moins quatre miroirs de coins ( 22, 24, 26, 28) constituant le chemin optique précité, l'un au moins ( 26) des miroirs étant partiellement transparent, et l'un au moins ( 28) pouvant être déplacé vers l'intérieur et vers l'extérieur; des moyens destinés à mélanger les ondes électromagnétiques qui circulent en se propageant dans une première direction de rotation, l'une de ces ondes étant pratiquement en polarisation circulaire à gauche, tandis que l'autre est pratiquement en polarisa- tion circulaire à droite; des moyens destinés à moduler de façon sinusoïdale les amplitudes des faisceaux à une fréquence de modulation; des moyens destinés à détecter la modulation d'amplitude de la paire de faisceaux mélangés; des moyens destinés à détecter la composante d'amplitude de la modulation d'amplitude à la fréquence de modulation; des moyens de commande à boucle d'asservissement ( 44) qui sont destinés à commander la longueur de la cavité sous la dépendance de la composante de modulation d'amplitude à la fréquence de modulation; les moyens de commande à boucle d'asservissement ( 44) commandant des moyens qui sont destinés à régler la longueur de la cavité; des moyens de commande de modulation ( 46) qui sont destinés à commander l'amplitude de la modulation des signaux de commande asservie qui sont produits par les moyens de commande à boucle d'asservissement ( 44), ces moyens de commande de modulation ( 46) produisant en outre un signal de commande de gain qui est une fonction correspondant au second harmonique de la tension de moyens de déplacement de miroir, et qui est sensible au changement de l'intensité des ondes dans la mesure o cette intensité est liée à la tension des moyens de déplacement; et des moyens de com- mande de gain radiofréquence (RF) ( 42) qui sont destinés à régler l'amplitude d'un signal détecté représentant l'in- tensité du gyroscope; grâce à quoi on obtient un gain de boucle d'asservissement stable pour commander le ou les miroirs précités ( 28) du gyroscope à laser en anneau à multi-oscillateur ( 30). 7 Dispositif selon la revendication 6, destiné à commander la longueur de la cavité d'un gyroscope à laser en anneau à multi-oscillateur ( 30), caractérisé en ce que les moyens de commande de modulation ( 46) qui sont destinés à commander l'amplitude de la modulation des signaux de commande asservie que produisent les moyens de commande à boucle d'asservissement ( 44) comprennent en outre: un démodulateur de créneaux temporels ( 56) qui produit des signaux codés de façon numérique qui sont représentatifs de tout changement de la longueur de la cavité en relation avec les moyens de commande de modula- tion ( 46); un premier multiplieur ( 93) qui est destiné à multiplier un jeu de signaux sommés provenant du démodu- lateur de créneaux temporels ( 56) et des moyens de comman- de du gain RF ( 42), pour donner un premier signal multi- plié; ce premier signal multiplié étant soustrait d'un signal de référence de boucle prédéterminé ( 103), pour produire un signal de somme d'erreur de boucle; le signal d'erreur de boucle étant multiplié par un signal de rétro- action qui provient des moyens de commande à boucle d'asservissement ( 44), pour produire un signal de somme d'erreur de boucle multiplié; et des moyens intégrateurs ( 105) qui sont destinés à faire la somme du signal de somme d'erreur de boucle multiplié, en produisant un signal de commande de modulation qui peut être utilisé pour régler la tension qui est appliquée à un miroir mobile ( 28) qui est l'un des miroirs du gyroscope, en relation avec la fonction de second harmonique de la ten- sion de déplacement du miroir. 8 Dispositif selon la revendication 6, destiné à commander la longueur de la cavité d'un gyroscope à laser en anneau à multi-oscillateur ( 30), caractérisé en ce que les moyens de commande de gain radiofréquence (RF) ( 42) qui sont destinés à régler l'amplitude d'un signal détecté représentant l'intensité du gyroscope, comprennent en outre: des moyens destinés à régler un signal de démo- dulation de gain RF provenant des moyens de commande à boucle d'asservissement ( 44), pour faire correspondre ce signal à une référence d'amplitude prédéterminée ( 78); des moyens intégrateurs ( 74) qui sont destinés à traiter un signal de démodulation de gain RF réglé; des moyens multi- plieurs qui sont destinés à multiplier par une valeur constante prédéterminée un signal de démodulation de gain RF réglé et intégré; et des moyens convertisseurs numéri- que-analogique ( 76) qui sont destinés à convertir un signal numérique provenant des moyens multiplieurs en un signal de réglage RF analogique, qui convient pour régler le gain d'un amplificateur RF ( 34) qui est connecté aux moyens de détection de modulation d'amplitude; grâce à quoi le gain de l'amplificateur RF ( 34) des moyens de détection de modulation d'amplitude peut être réglé de façon à assurer la compensation pour une plage étendue d'intensités de signal optique de fonctionnement du gyros- cope à laser en anneau à multi-oscillateur. 9 Dispositif selon la revendication 6, destiné à commander la longueur de la cavité d'un gyroscope à laser en anneau à multi-oscillateur ( 30), caractérisé en ce qu'il comprend: des moyens destinés à décaler par rapport à une crête de mode le point de commande de fonc- tionnement du système de commande de longueur de la cavité du gyroscope à laser en anneau ( 30); ces moyens de déca- lage comprenant: des moyens ( 88) destinés à combiner, conformément à une relation prédéterminée, un signal de démodulation de gain de boucle provenant des moyens de commande à boucle d'asservissement ( 44), et un signal de démodulation de gain RF provenant des moyens de commande de gain radiofréquence (RF) ( 42); des moyens ( 86) qui sont destinés à régler un signal de sortie provenant des moyens de combinaison de signal ( 88), en correspondance avec une valeur de référence de décalage de longueur de chemin prédéterminée, pour produire un signal réglé de décalage de longueur de chemin; des moyens ( 84) qui sont destinés à combiner le signal réglé de décalage de longueur de chemin avec un signal de démodulation de commande de longueur de cavité provenant des moyens de commande à boucle d'asser- vissement ( 42), pour produire un signal de décalage de longueur de chemin réglé et combiné; et des moyens ( 94) qui sont destinés à multiplier le signal de décalage de longueur de chemin réglé et combiné, par l'inverse du signal de démodulation de gain de boucle ( 92) des moyens de commande à boucle d'asservissement ( 44); grâce à quoi le dispositif de commande de longueur de cavité peut fonc- tionner correctement lorsque le gyroscope à laser en anneau ( 30) doit fonctionner avec un décalage par rapport à sa crête de mode.