Brevet FR2730307A1 — publié le 19960809

PROCEDE ET DISPOSITIF POUR LA CONSERVATION DE LA LONGUEUR DE LA CAVITE D'UN GYROMETRE LASER SOUMIS A UN RAYONNEMENT IONISANT. La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour la conservation de la longueur de la cavité d'un gyromètre laser soumis à un rayonnement ionisant intense tel que, par exemple, celui qui est produit lors d'une explosion nucléaire. Elle s'applique notamment, mais non exclusivement aux gyromètres laser utilisés pour le guidage des aéronefs ou des missiles. Ces gyromètres comprennent habituellement un bloc optique, par exemple, en quartz ou en zerodur, dans lequel est réalisée une cavité formant au moins un parcours optique de forme polygonale, le plus souvent carrée ou triangulaire. Cette cavité renferme un gaz sous faible pression et est munie d'électrodes (au moins une cathode et deux anodes) convenablement placées de manière à provoquer une excitation des électrons des atomes du gaz, et à produire à l'intérieur de la cavité, deux faisceaux de rayonnement laser se propageant en sens inverse le long du parcours optique. Compte tenu de la forme du parcours, cette propagation en boucle fermée n'est rendue possible que grâce à l'emploi de miroirs disposés dans chaque région angulaire du parcours, perpendiculairement à la bissectrice des deux côtés du parcours formant cette région angulaire. Habituellement, l'un de ces miroirs est constitué par un prisme mélangeur qui permet d'engendrer un phénomène d'interférence permettant de détecter les mouvements du gyromètre et donc de l'aéronef qui le supporte. Le fonctionnement optimal du laser exige que la longueur de la cavité soit un multiple entier de la longueur d'onde (L = N . k) du rayonnement laser, ce fonctionnement optimal assurant un maximum de puissance. Pour garantir cette condition, l'un des miroirs est monté avec un support transducteur, par exemple piézoélectrique, de manière à pouvoir être déplacé en translation. Un système d'asservissement électronique effectuant une détection du niveau de puissance lumineuse commande la translation du miroir translatable, de manière à obtenir un maximum de puissance sur toute la plage thermique. Cet asservissement, appelé "commande extrémale" utilise la méthode dite des perturbations sinusoïdales, consistant à ajouter sur la commande du support transducteur piézoélectrique, un signal sinusoïdal qui module la puissance du laser. Cette modulation est ensuite détectée, filtrée et démodulée de façon synchrone pour fournir un signal de valeur moyenne positive ou négative en fonction de la position du système piézo par rapport au maximum de puissance. La bande passante de cet asservissement est de quelques Hertzs et l'écart entre la longueur de cavité et la longueur correspondant au maximum de puissance doit être inférieur à quelques k/100. I1 s'avère que l'action de rayonnements ionisants intenses tels que ceux qui se trouvent émis lors d'un "flash" nucléaire provoquent de nombreuses perturbations dans le fonctionnement du gyromètre laser, pouvant le rendre inutilisable pendant un temps pouvant excéder la durée du flash. L'une de ces perturbations affecte notamment le transducteur piézoélectrique du miroir translatable. En effet, les photocourants engendrés au niveau de l'étage de commande de ce transducteur sous l'effet des rayonnements ionisants produits pendant le "flash" provoquent une décharge de la capacité du transducteur piézoélectrique et, en conséquence, une perte du point d'asservissement. Ainsi, lors de la disparition du flash, le gyromètre laser se trouve à un niveau de puissance très éloigné du niveau maximum et demeure donc inutilisable pendant une durée qui, cumulée avec la durée du flash, s'avère inadmissible. L'invention a donc plus particulièrement pour but de supprimer cet inconvénient et donc de permettre au gyromètre laser d'être opérationnel aussitôt après le flash, ce qui implique la conservation de l'information du sommet du mode laser pendant le flash et de rester proche de ce sommet. Elle propose donc à cet effet un procédé consistant à mémoriser, pendant l'émission du rayonnement, une information représentative de la commande appliquée au transducteur piézoélectrique juste avant cette émission et à utiliser cette information pour la commande du transducteur juste après ladite émission. D'une façon plus précise, ce procédé pourra comprendre la mémorisation, dans un condensateur, d'une information représentative de la tension appliquée au transducteur juste avant l'émission du rayonnement ionisant, puis utiliser cette information, pour appliquer ladite tension au transducteur dès que cesse l'émission du rayonnement. Le procédé selon l'invention pourrait également consister à augmenter d'une façon importante la constante de temps de décharge de la capacité du transducteur piézoélectrique, de manière à ce que la décharge produite pendant l'émission du rayonnement n'entraîne qu'une variation négligeable de la capacité du transducteur. Ceci découle du fait que la durée d'un flash, résultant d'une explosion nucléaire, est très courte. Des modes de mise en oeuvre du procédé selon l'invention seront décrits ci-après à titre d'exemples non limitatifs, avec référence aux dessins annexés dans lesquels La figure 1 est un schéma synoptique d'un circuit d'asservissement au maximum de puissance d'un gyromètre laser La figure 2 est un schéma d'un circuit de commande du transducteur piézoélectrique conforme à une première variante d'exécution de l'invention ; La figure 3 est un schéma d'un circuit de commande du transducteur piézoélectrique conforme à une seconde variante d'exécution de l'invention. Tel que représenté sur la figure 1, le circuit d'asservissement de la longueur de cavité du gyromètre laser (représenté schématiquement par le bloc 1), comprend successivement - un dispositif de détection 2 de la puissance de sortie du gyromètre laser, - un amplificateur 3 associé à un filtre passe bande qui reçoit le signal émanant du dispositif de détection 2 et qui le transmet, une fois amplifié et filtré, à un démodulateur synchrone 4 connecté à un oscillateur Fo 5, - un intégrateur 6 qui fournit à sa sortie un signal représentatif de la valeur moyenne du signal démodulé produit à la sortie du démodulateur 4, - un amplificateur de puissance 7 qui reçoit le signal de sortie de l'intégrateur 6 et un signal de modulation, émanant de l'oscillateur 5, cet amplificateur 7 assurant la commande de la céramique piézoélectrique du transducteur 8 associé au miroir translatable qui règle la longueur de la cavité du gyromètre laser 1. La courbe de puissance du gyromètre laser, en fonction de la longueur X de la cavité, est assimilable à une parabole d'équation P = f(X) = a . (X-Xm)2 + Ym équation dans laquelle Xm et Ym sont les coordonnées du sommet S et a est un coefficient de valeur constante. Cette courbe de puissance a été schématiquement représentée dans le bloc 1 de la figure 1. Du fait de la modulation fO de la commande assurée par l'oscillateur 5, la longueur de la cavité X est de la forme X = Xu + Ax, expression dans laquelle Xu correspond à la longueur imposée par la commande. Ax correspond à la modulation (Ax = Am sin ot). Le signal détecté par le dispositif de détection est alors de la forme (après un développement limité) (Ax)2 P = f(Xu + Ax) = f(Xu) + Ax f(Xu) + ~~~~~ f'(Xu) 2 La démodulation synchrone effectuée par le démodulateur 4 ne garde que le terme Ax . f(Xu) qui est égal à Am sin ot . 2a (X.Xm). L'intégration de ce terme, qui est ensuite effectuée par l'intégrateur 6, permet d'obtenir une valeur moyenne qui est positive ou négative en fonction de la position de la longueur de la cavité par rapport à la longueur Xm qui donne la puissance maximum Ym. C'est cette valeur qui est appliquée à l'entrée de l'amplificateur de puissance 7 en tant que signal de commande du transducteur. Dans le diagramme indiqué dans le bloc 1 de la figure 1, on a indiqué le signal de modulation fO émanant de l'oscillateur, le signal f1 de sortie du filtre 3 (qui est en opposition de phase selon qu'on se trouve d'un côté ou de l'autre de Xm) et le signal f2 présent à la sortie du démodulateur 4 synchrone (positif ou négatif) selon qu'on se trouve d'un côté ou de l'autre de l'axe Xm. Dans cet exemple, le dispositif permettant de conserver la longueur de cavité du gyromètre à sa valeur Xm, lors d'une émission d'un rayonnement ionisant, est représenté schématiquement par le bloc 9. Ce dispositif peut comprendre, comme indiqué sur la figure 2, un circuit de commutation faisant intervenir un interrupteur commandable S3 situé dans la liaison comprise entre l'intégrateur 6 et l'amplificateur de puissance 7', et, en parallèle sur cet interrupteur commandable S3, un ensemble de deux interrupteurs commandables S1, S2 disposés en série, la liaison entre les deux interrupteurs S1, S2 étant connectée à une armature d'un condensateur C dont l'autre armature est reliée à la masse. La commande des interrupteurs S1 à S3 est assurée par un dispositif de détection des rayonnements ionisants 11, de la façon suivante. En l'absence de rayonnement ionisant, les interrupteurs S1 et S3 sont fermés de sorte que la boucle d'asservissement fonctionne normalement, tandis que la tension aux bornes du condensateur C suit la tension de sortie de l'intégrateur 6, l'interrupteur S2 est alors en position ouverte. Lorsque le détecteur 11 détecte la présence de rayonnements ionisants intenses, il provoque l'ouverture de l'interrupteur S1. De ce fait, la dernière valeur de la tension de sortie de l'intégrateur, émise avant la détection des rayons ionisants, se trouve conservée dans le condensateur C. Parallèlement, le détecteur provoque une éventuelle coupure de l'alimentation du gyromètre ainsi que l'ouverture de l'interrupteur S3. Lorsque le rayonnement ionisant cesse, le détecteur 11 provoque la remontée de l'alimentation et ferme l'interrupteur S2, de sorte que le gyromètre se remet alors à fonctionner en utilisant tout d'abord la valeur de commande mémorisée dans le condensateur C, puis il provoque la fermeture de l'interrupteur S3, l'ouverture de l'interrupteur S2 et la fermeture de l'interrupteur S1. Le gyromètre fonctionne alors normalement. Un interrupteur S4 peut être en outre prévu pour couper l'application de la modulation fO pendant toute la période au cours de laquelle un rayonnement ionisant est détecté. Dans l'exemple représenté sur la figure 3, la commande du transducteur piézoélectrique, à partir du signal de sortie de l'intégrateur, est assurée par un amplificateur différentiel comprenant deux transistors identiques T1, T2 montés en émetteur commun entre les deux bornes de la source d'alimentation AL. Ce montage, parfaitement symétrique, fait intervenir deux résistances identiques R1 et R3 montées dans le circuit collecteur, deux résistances identiques R2 et R4 montées dans le circuit émetteur et une source de courant commune SI qui assure la polarisation des deux transistors (cette source de courant SI pourrait être éventuellement constituée par une résistance de valeur élevée). Le transducteur piézoélectrique 8, qui constitue la charge de l'amplificateur, est connecté aux collecteurs des deux transistors T1, T2, par l'intermédiaire de deux résistances R5 et R6 de même valeur. Sur les bases des deux transistors T1, T2, sont appliquées deux tensions respectives de valeur +VI et -VI, en provenance de l'intégrateur 6 ou éventuellement la tension VI sur l'une des deux bases et la masse sur l'autre base. La modulation est ici obtenue en appliquant sur les deux bornes du transducteur 8, par l'intermédiaire de deux condensateurs respectifs C1, C2, deux signaux de modulation fO, en opposition de phase, en provenance de l'oscillateur 5. Ce circuit permet d'utiliser la charge du condensateur du transducteur piézoélectrique pour conserver la dernière position qu'avait le transducteur en début de l'émission des rayonnements ionisants. En effet, la décharge de ce condensateur par les photocourants est rendue négligeable grâce aux résistances R5, R6, (qui s'opposent à cette décharge quel que soit l'état des transistors T1, T2). Grâce à cette particularité, il devient possible de couper l'alimentation de l'amplificateur 7 pendant les émissions des rayonnements ionisants sans perdre les références de la position du transducteur 8 juste avant ces émissions. A titre d'exemple, la capacité du transducteur piézoélectrique pourra être de l'ordre de 2,5 nanofarads à 100 nanofarads, de préférence 10 nanofarads. Les résistances R5 et R6 peuvent être de l'ordre de 100 KQ à 4 M, de préférence 400 KQ. Les condensateurs C1 et C2 peuvent quant à eux présenter une capacité de 5 à 20 nanofarads. La capacité de ces condensateurs vient s'ajouter à la capacité du transducteur piézoélectrique. Un avantage important de cette solution consiste en ce qu'elle permet d'éviter la mémorisation de la sortie intégrateur et qu'elle n'engendre aucun problème de déphasage de la modulation. Revendications 1. Procédé pour la conservation de la longueur de la cavité d'un gyromètre laser (1) soumis à un rayonnement ionisant et comprenant, pour le réglage de ladite longueur, un miroir mobile en translation sous l'effet d'un transducteur (8), caractérisé en ce qu'il consiste à mémoriser, pendant l'émission dudit rayonnement, une information représentative de la tension ou commande appliquée au transducteur (8) juste avant cette émission et à utiliser cette information pour la commande dudit transducteur (8) juste après ladite émission. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'information représentative de la commande du transducteur (8) est la tension appliquée au transducteur (8) juste avant la susdite émission, et en ce qu'il comprend la mémorisation de ladite tension dans un condensateur (C) pendant ladite émission, cette tension étant ensuite appliquée à nouveau au transducteur (8) dès que cesse ladite émission. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à augmenter la constante de temps de décharge de la capacité du transducteur piézoélectrique (8), de manière à ce que la décharge produite pendant la susdite émission n' entraîne qu'une variation négligeable de la capacité du transducteur (8) et donc de la longueur de la cavité. 4. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, ce dispositif équipant un gyromètre laser (1) dont la longueur de cavité est asservie au moyen d'un circuit d'asservissement comportant un dispositif de détection (2) de la puissance de sortie du gyromètre (1), un amplificateur (3) associé à un filtre passe-bande qui reçoit le signal émanant du dispositif de détection (2) et qui le transmet, une fois amplifié et filtré, à un démodulateur synchrone (4) recevant un signal de modulation fO émanant d'un oscillateur (5), un intégrateur (6) qui fournit à sa sortie un signal représentatif de la valeur moyenne du signal démodulé, un amplificateur de puissance (7) qui reçoit le signal de sortie de l'intégrateur par l'intermédiaire d'un circuit de liaison (9) ainsi qu'un signal de modulation émanant de l'oscillateur (5) et qui transmet un signal de commande modulé au susdit transducteur (8), caractérisé en ce que le susdit circuit de liaison (9) comprend un interrupteur commandable (S3) situé dans la liaison comprise entre l'intégrateur (6) et l'amplificateur de puissance (7') et, en parallèle sur cet interrupteur (S3), deux interrupteurs commandables (S1, S2) disposés en série et dont la liaison est connectée à un condensateur (C), la commande de ces interrupteurs (S1 à S3) étant assurée par un détecteur des rayonnements ionisants (11) de telle manière que - en l'absence de rayonnements ionisants, les interrupteurs (S1 et S3) soient fermés, l'interrupteur (S2) étant ouvert, - lorsque le détecteur (11) détecte la puissance de rayonnements ionisants, il provoque l'ouverture des interrupteurs (S1 et S3), - lorsque le détecteur (11) cesse de détecter la présence du rayonnement ionisant, il provoque d'abord la fermeture de l'interrupteur (S2) puis la fermeture des interrupteurs (S1 et S3) et l'ouverture de l'interrupteur (S2). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le susdit détecteur (11) provoque la coupure de l'alimentation du gyromètre (1) pendant la durée de la détection du rayonnement ionisant. 6. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, ce dispositif équipant un gyromètre laser (1) dont la longueur de cavité est asservie au moyen d'un circuit d'asservissement comportant un dispositif de détection (2) de la puissance de sortie du gyromètre (1), un amplificateur (3) associé à un filtre passe-bande qui reçoit le signal émanant du dispositif de détection (2) et qui le transmet, une fois amplifié et filtré, à un démodulateur synchrone (4) recevant un signal de modulation fO émanant d'un oscillateur (5), un intégrateur (6) qui fournit à sa sortie un signal représentatif de la valeur moyenne du signal démodulé, un amplificateur de puissance (7) qui reçoit le signal de sortie de l'intégrateur, caractérisé en ce que ledit amplificateur (7) est un amplificateur différentiel comprenant deux transistors identiques (T1, T2) montés en émetteur commun dont les collecteurs sont reliés au susdit transducteur (8) par l'intermédiaire de deux résistances respectives (R5, R6), et en ce que sur au moins l'une des bases desdits transistors (T1, T2) est appliquée une tension dont la valeur absolue correspond à la valeur absolue de la tension de sortie du susdit intégrateur (6).