Brevet FR2759160A1 — publié le 19980807

GYROMETRE LASER TRIAXIAL SYMETRISE PAR RAPPORT A SON AXE D'ACTIVATION La présente invention a pour objet un gyromètre laser triaxial symétrisé par rapport à son axe cathode et à son axe d'activation. Elle concerne plus particulièrement un gyromètre laser à optique monobloc comportant un bloc optique, par exemple en quartz ou en zérodur, comprenant trois cavités optiques résonnantes (une par axe de détection) intercommunicantes, par exemple du type de celui qui se trouve décrit-dans le brevet FR No 80 06298, déposé le 21 mars 1980 au nom de la Société Française d'Equipements pour la Navigation Aérienne (S.F.E.N.A.), cédé à Sextant Avionique. Dans cet exemple, l'ensemble de ces trois cavités forme un octaèdre régulier présentant huit faces triangulaires : les cavités présentent chacune une forme carrée et s'étendent dans trois plans orthogonaux (respectivement perpendiculaires aux trois axes sensibles). Ces cavités sont agencées de manière à ce que chacun des angles d'une cavité coïncide et communique avec l'angle d'une autre cavité. Un miroir associé à chaque couple d'angles en coïncidence est orienté de manière à être utilisé par les deux cavités formant ledit couple. Dans chaque cavité l'un de ces miroirs, dit miroir de lecture, est associé à un prisme mélangeur qui permet d'engendrer un phénomène d'interférences permettant de détecter les mouvements du gyromètre et donc du véhicule qui le supporte. Un autre miroir, dit miroir d'asservissement, est monté sur un support transducteur de manière à pouvoir asservir la longueur de la cavité en vue d'obtenir une puissance de sortie maximum. Chacune des cavités qui renferment un gaz sous faible pression est munie d'au moins une cathode et de 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 contrapropagatifs qui se propagent en sens inverse le long du parcours optique. Pour compenser l'écart de fréquence entre les deux ondes contrapropagatives, on engendre deux décharges symétriques dans la cavité grâce à une cathode dont le logement cathodique est en communication, grâce à deux capillaires, avec les deux régions opposées de la cavité où l'on souhaite obtenir les deux décharges. En fait, dans un gyromètre triaxe du type susdit, on utilise une seule cathode reliant les trois cavités par l'intermédiaire de trois capillaires cathodiques. En conséquence, cette cathode constitue une source de chaleur concentrée d'un même côté du bloc optique et engendre donc, dans ce bloc, un gradient thermique perturbant les écoulements des flux gazeux. A ce problème, se rajoute celui dû au fait qu'il existe une différence de pression entre les deux extrémités de la décharge et, en particulier, entre l'anode et la réserve de gaz que constitue la cathode. Pour résoudre ces problèmes, on a déjà proposé, notamment par la demande de brevet FR No 95 01645, déposée le 10 février 1995 au nom de Sextant Avionique, de compenser la dissymétrie engendrée dans le bloc optique par la chambre cathodique grâce à une chambre d'équilibrage communicant avec la cavité du gyromètre et ménagée dans le bloc optique à l'opposé de la chambre cathodique. Cette chambre d'équilibrage est avantageusement disposée symétriquement vis-à-vis de la chambre cathodique par rapport à un plan, un axe ou un centre de symétrie du bloc. L'invention a plus particulièrement pour but d'améliorer les performances de ce type de gyromètre. Elle propose, d'une part, de symétriser selon une symétrie d'ordre 3 autour d'un axe commun A, cathode-chambre d'équilibrage, au moins les éléments suivants du bloc optique : miroirs translatables, miroirs de lecture, capillaires actifs et non actifs, débouchés de cathode et de chambre de compensation, position des anodes et, d'autre part, d'utiliser le susdit axe de symétrie en tant qu'axe d'activation. On constate que ces dispositions ont en outre pour effet de faciliter l'assemblage mécanique du bloc optique du fait que le centre de gravité et le centre d'inertie sont situés sur l'axe d'activation, ce qui limite les mouvements coniques du bloc. Un mode d'exécution de l'invention sera décrit ci-après, à titre d'exemple non lirnitatif, avec référence aux dessins annexés dans lesquels La figure 1 est une représentation schématique, en perspective, des cavités d'un gyromètre laser monobloc à six miroirs selon l'invention; La figure 2 montre une cavité du gyromètre représenté figure 1 avec ses connexions à la cathode et à la chambre de compensation ainsi que ses deux anodes; La figure 3 montre, en perspective, le bloc optique d'un gyromètre avec le mécanisme d'activation qui lui est associé. Dans cet exemple, le gyromètre comprend un bloc optique 1 déforme octaédrique à arêtes chanfreinées (figure 3) à l'intérieur duquel sont réalisées, dans trois plans orthogonaux, trois cavités B, C, D comprenant les segments capillaires B1 à B4 - C1 à C4 - D1 à D4 et délimitant chacune un parcours optique de forme carrée. Ces cavités B, C, D sont agencées de manière à ce que chacun des angles d'une cavité coïncide et communique avec l'angle d'une autre cavité. Elles définissent donc, dans l'espace intérieur du bloc, un octaèdre régulier présentant huit faces triangulaires parallèles à celles du bloc et six sommets au niveau desquels sont placés six miroirs respectifs M1, M2, M3, M4, M5, M6 qui s'étendent respectivement dans les plans des faces d'un cube dans lequel l'octaèdre se trouve inscrit. Dans cet exemple, les miroirs MI, M2, M3 sont des miroirs de lecture, tandis que les miroirs M4, M5, M6 sont associés à des transducteurs piézoélectriques pour assurer l'asservissement des cavités. Pour engendrer les couples de faisceaux contrapropagatifs à l'intérieur des trois cavités B, C, D, le gyromètre comprend une cathode K et six anodes A. La cathode K équipe une chambre cathodique CK dont l'axe A est perpendiculaire à la face cathodique Fl de l'octaèdre délimité par les segments capillaires B3, C3, D3 et qui passe par le centre de cette face Fl. Cette chambre CK qui est extérieure au volume octaédrique défini par les cavités B, C, D, communique avec celles-ci au niveau des trois miroirs translatables M4, M5, M6 qui définissent la face Fl, par l'intermédiaire de trois capillaires respectifs CKl, CK2, CK3. Ces trois capillaires cathodiques sont disposés symétriquement selon une symétrie d'ordre 3 par rapport à l'axe A. Ces trois capillaires CKl, CK2, CK3 (ou débouchés de cathode) permettent l'ionisation des capillaires actifs entre cathode K et anode A. Les six anodes A, dont deux seulement ont été représentées sur la figure 2, sont disposées de manière à obtenir dans chaque cavité un couple de zones de décharge "zones actives" symétriques par rapport à un axe de symétrie distinct de l'axe de symétrie A. Chaque couple d'anode A s'étend dans le plan de la cavité B, C, D correspondante. L'équilibrage thermique et thermodynamique est ici obtenu au moyen d'une chambre d'équilibrage CE de forme cylindrique, sensiblement identique à celle de la chambre cathodique CK et disposée coaxialement, relativement à cette dernière, à l'extérieur du volume octaédrique en regard de la face F2 opposée à la face F1 (ces deux faces étant perpendiculaires à l'axe A). Cette face F2 est délimitée par trois segments capillaires BI, C1, D1 qui présentent chacun dans leur région centrale un diaphragme DC. Ces trois diaphragmes DC sont disposés symétriquement, selon une symétrie d'ordre 3 par rapport à l'axe A. La chambre d'équilibrage CE communique avec les trois cavités B, C, D au niveau des trois miroirs M1, M2, M3 qui définissent la face F2, grâce à trois capillaires d'équilibrage CEI, CE2, CE3 disposés symétriquement, selon une symétrie d'ordre 3, à 1200 l'un de l'autre. Pour respecter la symétrie des écoulements, les trois capillaires CEI, C, CE3 peuvent être disposés dans un même plan perpendiculaire à l'axe A. Il en est de même pour les trois capillaires CKl, CK2, CK3. Grâce à ces dispositions, la chambre d'équilibrage CE réalise un équilibre des pressions, côté anode A de chacune des six zones actives. L'ensemble comprenant la chambre cathodique CK et les trois capillaires CK1, CK2, CK3 qui lui sont associés assure, quant à lui, I'égalisation des pressions des six zones actives, côté cathode K. En conséquence, les six zones actives sont soumises à une même différence de pression et donnent lieu aux mêmes écoulements, même dans le cas où ces écoulements sont perturbés par des gradients thermiques, lesquels sont minimisés pour les raisons précédemment décrites. Bien entendu, la chambre d'équilibrage pourra comprendre des moyens permettant d'obtenir un effet Getter, voire même d'exercer un chauffage de compensation thermique du bloc. Ces dispositions permettent donc de réduire les sensibilités intrinsèques du gyromètre (faux zéro) aux variations de température, à l'effet Fizeau, et au courant de fonctionnement. Par ailleurs, conformément à l'invention, le bloc optique du gyromètre est monté sur un mécanisme d'activation de telle manière que l'axe de symétrie b soit confondu avec l'axe d'activation du gyromètre de façon à ce que les trois cavités du bloc optique tournent à la même vitesse. Dans cet exemple, le mécanisme d'activation comprend tout d'abord une roue d'activation Rl comprenant deux couronnes coaxiales CAI, CA2 reliées l'une à l'autre par une pluralité d'ailettes radiales L. Ces ailettes L comportent un élément moteur et de détection piézoélectrique relié à un amplificateur de manière à provoquer un mouvement de rotation alternatif de l'une des couronnes CA2 par rapport à l'autre CA. La fixation du bloc optique 1 sur la couronne centrale CA2 (couronne d'activation) du mécanisme d'activation s'effectue au moyen d'une couronne de fixation CFI, sensiblement de même diamètre que la couronne d'activation CA2 sur laquelle elle peut s'assembler coaxialement par vissage. Cette couronne de fixation CFI qui est destinée à être disposée coaxialement à la cathode K, comprend trois couples de cales biseautées (non visibles) situés à 1200 I'un de l'autre, et destinés à venir respectivement se coller sur les régions centrales des arêtes chanfreinées entourant la face F1 du bloc. Le mécanisme d'activation comprend, par ailleurs, une roue d'équilibrage R2 comprenant deux couronnes coaxiales Cl'1, CA'2 reliées l'une à l'autre par une pluralité d'ailettes radiales flexibles L'. D'une façon analogue à la précédente, la fixation de la couronne CA'2 sur le bloc optique 1 (à l'opposé de son plan équatorial relativement à la roue d'activation R1) s'effectue au moyen d'une couronne de fixation CF2 sensiblement de même diamètre que la couronne CFl et identique à la couronne CA'2 sur laquelle elle peut s'assembler coaxialement à l'aide de vis. Cette couronne de fixation CF2 qui est destinée à être disposée coaxialement à la chambre d'équilibrage CE comprend trois couples de cales biseautées CB, CB' situées à 1200 l'une de l'autre et destinées à venir respectivement se coller sur les régions centrales des arêtes chanfreinées entourant la face F2. Ce mode de fixation présente l'avantage de réduire considérablement les contraintes à l'arrachement entre les cales CB et CB' et le bloc optique-lors de l'entraînement en rotation de ce dernier. Avantageusement, les couronnes CAl et CA'l des deux roues Rl, R2 pourront être solidarisées l'une à l'autre. Grâce à ces dispositions, on obtient un excellent équilibrage du bloc optique 1 et une réduction correspondante du mouvement conique (celui-ci se trouve déjà considérablement réduit grâce au fait que le centre de gravité et le centre d'inertie sont sur l'axe d'activation). Par ailleurs, en raison du respect de la symétrie d'ordre 3 des pièces mécaniques et de la disposition symétrique des couples de cales de fixation CB, CB' par lesquelles s'effectuent des dissipations thermiques, on conserve, voire même on améliore, la symétrisation thermique du bloc. Or, on constate que l'association de cette symétrisation à l'égalisation des pressions internes des anodes A permet d'annuler l'effet potentiel de la mise sous tension sur le faux zéro et réduit les effets thermiques extérieurs. Avantageusement, I'axe A du bloc optique sera vertical. En effet, dans ce cas, les écoulements de gaz ainsi que les gradients thermiques restent parfaitement symétriques et donc les effets induits sur le faux zéro sont nuls. REVENDICATIONS 1. Gyromètre laser triaxial du type comprenant un bloc optique comprenant trois cavités optiques résonnantes communicantes (B, C, D) qui forment un octaèdre régulier présentant huit faces triangulaires, chacune des cavités présentant quatre segments capillaires formant un carré (B1 à B4, Cl à C4, D1 à D4) perpendiculaire à un axe sensible correspondant, ces cavités étant agencées de manière à ce que chacun des angles d'une cavité (B, C, D) coïncide et communique avec l'angle d'une autre cavité, un miroir (Ml à M6) associé à chaque couple d'angles en coïncidence étant orienté de manière à être utilisé par les deux cavités formant ledit couple, chaque cavité (B, C, D) utilisant quatre miroirs dont un miroir de lecture (Ml à M3) et un miroir d'asservissement de longueur de cavité (M4 à M6), cette cavité étant reliée à une chambre cathodique (CK) par l'intermédiaire de deux capillaires cathodiques (cl,, CK2, CK3) débouchant au niveau de deux miroirs successifs (M4, M5, M6) et à une chambre d'équilibrage (CE), par l'intermédiaire de deux capillaires d'équilibrage (CE1, CE2, CE3) débouchant au niveau des deux autres miroirs (M1, M2, M3), ledit gyromètre comprenant en outre un mécanisme d'activation permettant d'entraîner le bloc (1) selon un mouvement alternatif de rotation autour d'un axe d'activation, caractérisé en ce qu'au moins les miroirs d'asservissement (M4 à M6), les miroirs de lecture (M1 à M3), les capillaires cathodiques (CK1 à CK3), les capillaires (CE, à CE3) d'équilibrage (CE) et les anodes (A) sont symétrisés autour d'un axe de symétrie commun A selon une symétrie d'ordre 3, et en ce que ledit axe de symétrie constitue ledit axe d'activation. 2. Gyromètre selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre cathodique (CK) et la chambre de compensation (CE) sont coaxiales à l'axe d et sont perpendiculaires et passent au centre de deux faces triangulaires opposées (F1, F2) de l'octaèdre respectivement délimitées par les trois miroirs d'asservissement de cavité (M4, M5, M6) et les trois miroirs de lecture (M1, M2, M3) au niveau desquels débouchent respectivement les trois capillaires cathodiques (cl,, CK2, CK3) et les trois capillaires d'équilibrage (CE1, C, CE3). 3. Gyromètre selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que chaque cavité (B, C, D) comprend un couple d'anodes (A) qui s'étendent dans le plan de la cavité de manière à délimiter dans la cavité un couple de zones de décharges actives symétriques par rapport à un axe de symétrie distinct de l'axe A. 4. Gyromètre selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les trois segments capillaires (B1, Cl, D1 - B3, C3, D3) qui délimitent l'une des susdites faces (Fl, F2) présentent dans leur région centrale un diaphragme (DC), les trois diaphragmes (DC) étant disposés symétriquement, selon une symétrie d'ordre 3 par rapport à l'axe A. 5. Gyromètre selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le mécanisme d'activation comprend au moins une roue (Rl) comprenant deux couronnes coaxiales (CAl, CA2) reliées l'une à l'autre par une pluralité d'ailettes radiales (L) comportant un élément moteur, la fixation du bloc optique (1) sur la couronne centrale (CA2) s'effectuant par l'intermédiaire de cales de fixation (CB, CB') venant se coller sur le bloc (1) et disposées symétriquement, selon une symétrie d'ordre 3 par rapport au susdit axe A. 6. Gyromètre selon la revendication 5,caractérisé en ce que les susdites cales (CB, CB') sont disposées par paire et sont collées sur les régions centrales d'arêtes chanfreinées entourant l'une des susdites faces (F1, F2) de l'octaèdre. 7. Gyromètre selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'axe A du bloc optique est vertical.