Brevet FR2763677A1 — publié le 19981127

DISPOSITIF D'ETALONNAGE DE PLUSIEURS SYSTEMES GYROSCOPIQUES La présente invention concerne un dispositif destiné à l'étalonnage simultané de plusieurs systèmes gyroscopiques à plusieurs axes, notamment des systèmes gyroscopiques à fibres optiques, pour la totalité des axes de mesure et ce, au moyen d'une table tournante à un seul axe.10 Des gyroscopes, en tant que capteurs de vitesse de rotation, tels qu'ils sont connus, par exemple, par Applied Optics, vol. 29, nO 36, du 20.12.90, pages 5360 à 5365, sous la forme de gyroscopes à fibres optiques, présentent des signaux compliqués de sortie des transducteurs, qui varient en fonction de la température et à partir desquels on doit calculer la vitesse de rotation mesurée, par l'intermédiaire d'une formule d'évaluation correspondant au type spécifique de gyroscope. Une formule de calcul est, par exemple,20 indiquée par l'équation 26 dans le document ci-dessus mentionné, et elle fournit le rapport entre les signaux Pl, P2 et P3 provenant des photodiodes, utilisées dans ce cas en tant que transducteurs, et la vitesse mesurée de rotation n et ici, pour pouvoir tenir compte des25 propriétés individuelles du gyroscope, interviennent des coefficients spéciaux fl à f6, qui doivent avoir été déterminés au préalable par l'étalonnage du gyroscope sur une table tournante. Pour ce faire, le gyroscope est mis en rotation à plusieurs vitesses connues de rotation, les30 signaux de mesure des photodiodes sont mesurés et, à partir de ceux-ci, les coefficients sont calculés. Ces derniers sont ensuite entrés dans la mémoire du gyroscope et ils servent, à partir de ce moment, de base pour le calcul des vitesses inertielles de rotation, par35 l'ordinateur du gyroscope. Etant donné que les 2 coefficients fl à f6 dépendent de la température, pour que l'on puisse procéder à la compensation d'erreurs dues à la température, il faut que les rotations soient exécutées, sur la table tournante, à différentes températures. Par conséquent, pour pouvoir exploiter un gyroscope dans une plage de températures allant de - 53 C à + 85 C, avec une compensation de l'effet de la température, la détermination des coefficients doit être effectuée, sur la totalité de la plage de températures,10 au moyen de plusieurs vitesses connues de rotation, sur une table tournante à chambre thermique intégrée avec températures discrètes de référence. Or, le passage par toute la plage de températures et la détermination des coefficients pour des températures discrètes de référence15 impliquent que l'on y consacre un temps considérable, de manière type 12 heures. Dans le cas d'un système gyroscopique à trois axes, il faut étalonner individuellement les trois axes orthogonaux. Cela peut s'effectuer, selon l'état de la20 technique, de deux façons différentes: 1. On procède à la détermination des coefficients, pour différentes températures de référence, successivement d'abord pour l'axe X, ensuite pour l'axe Y et enfin pour l'axe Z. La rotation autour des trois axes25 différents s'effectue par un nouveau montage du système gyroscopique sur la table tournante, sur les axes correspondants, à la fin du cycle thermique respectif. L'étalonnage prend donc au total trois fois plus de temps que pour un gyroscope à un seul axe, et s'y ajoutent30 encore les durées des changements de montage correspondants. 2. On peut procéder à la détermination des coefficients, pour les divers axes, également successivement à la même température de référence, et35 l'on utilise alors une table tournante à plusieurs axes, 3 qui autorise une rotation, au choix, autour de chacun des axes. Ici aussi, pour une température déterminée, la rotation est effectuée, par exemple, d'abord autour de l'axe X, puis autour de l'axe Y et enfin autour de l'axe5 Z, les coefficients étant alors calculés pour les trois axes pour la température concernée et, ensuite, on recommence le même processus pour une nouvelle température de référence. Il faut autant de temps pour la mise en oeuvre de ce procédé que dans le cas du premier10 procédé avec, en plus, le coût supplémentaire d'une table tournante à plusieurs axes à l'intérieur de la chambre thermique. Le but de la présente invention consiste, par conséquent, à proposer un dispositif destiné à l'étalonnage de systèmes gyroscopiques à plusieurs axes, grâce auquel on puisse étalonner en même temps également plusieurs systèmes gyroscopiques en moins de temps que ce qu'il fallait auparavant. Ce but est atteint selon l'invention par un dispositif destiné à l'étalonnage20 simultané de plusieurs systèmes gyroscopiques à plusieurs axes, notamment des systèmes gyroscopiques à fibres optiques, pour la totalité des axes de mesure et ce, au moyen d'une table tournante à un seul axe, caractérisé par un bâti tournant relié à l'axe de rotation de la25 table tournante à un seul axe et sur lequel sont disposés les systèmes gyroscopiques de telle manière que des mêmes axes de mesure des systèmes gyroscopiques soient soumis à une composante identique de la rotation du bâti tournant et qu'aucune des composantes ne soit égale à zéro.30 Le dispositif selon l'invention fait appel à une table tournante à un seul axe avec chambre thermique intégrée, la détermination des coefficients ci-dessus mentionnés s'effectuant simultanément pour tous les axes de mesure. Pour ce faire, chaque système gyroscopique est35 disposé de telle manière sur un bâti rotatif que des 4 mêmes axes de mesure des systèmes gyroscopiques, donc la totalité des axes X ou bien la totalité des axes Y ou encore la totalité des axes Z, soient soumis à une composante identique de la rotation du bâti tournant et5 qu'aucune des composantes ne soit égale à zéro. On obtient cela, par exemple, du fait que les diagonales de surface ou dans l'espace des axes de mesure de tous les systèmes gyroscopiques, à l'intérieur du bâti tournant, prennent un même angle, y compris l'angle zéro, par10 rapport à l'axe de rotation du bâti tournant. De cette manière, les trois axes de mesure de tous les systèmes gyroscopiques sont entraînés simultanément en rotation pour chaque température de référence et les signaux simultanés, provenant des photodiodes individuelles de15 tous les axes de mesure, sont exploités pour le calcul des coefficients. Ensuite, on passe à la température de référence immédiatement suivante et l'on répète le processus. Ce mode opératoire ne dure pas plus longtemps que celui utilisé pour un gyroscope à un seul axe, avec20 utilisation d'une table tournante à un seul axe. Le bâti tournant est judicieusement réalisé de telle manière que tous les systèmes gyroscopiques, placés à l'intérieur de celui-ci, soient disposés de façon répartie autour de son axe de rotation, selon une25 symétrie à n rayons. Les systèmes gyroscopiques peuvent, en outre, être placés à l'intérieur du bâti tournant en plusieurs niveaux perpendiculairement à l'axe de rotation de celui-ci. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs mieux de la description détaillée, qui va suivre, d'un exemple de réalisation, représenté schématiquement sur les dessins, qui montrent: figure 1 une coupe transversale d'une table tournante à un seul axe avec bâti tournant pour systèmes gyroscopiques à fibres optiques; et figure 2 une vue de dessus du bâti tournant et des systèmes gyroscopiques selon la figure 1. La figure 1 montre une table tournante à un seul axe 1, connue en soi, sur laquelle est montée une chambre thermique 2, dans laquelle tourne un plateau tournant 3 à des vitesses de rotation réglables et définies; pour ce faire, le plateau tournant 3 est relié à un moteur10 d'entraînement M, par l'intermédiaire d'un arbre 4, qui traverse le fond de la chambre thermique 2. Un bâti tournant à deux étages, dans l'exemple représenté, est fixé sur le plateau tournant 3, et chaque "plate-forme" présente une plaque de base, respectivement 6 et 7, une15 bague cylindrique d'appui, respectivement 8 et 9 et des surfaces réceptrices régulièrement réparties sur la périphérie, respectivement 10. 1 à 10.n et 11.1 à 11.n. Dans le cas représenté, des systèmes gyroscopiques à fibres optiques à trois axes sont fixés sur ces surfaces20 réceptrices à des fins d'étalonnage simultané à plusieurs températures définies de référence. Le dispositif d'étalonnage selon l'invention peut être utilisé indépendamment du principe de mesure physique du système gyroscopique à étalonner (par exemple structure25 oscillante, mécanique, à fibres optiques). Le mouvement de rotation que le système de mesure doit mesurer, c'est- à-dire l'objectif prescrit pour l'étalonnage, est évidemment prédéterminé par la géométrie de l'agencement. Dans le cas représenté, les systèmes gyroscopiques présentent une forme cylindrique, l'axe de ce cylindre représentant en même temps l'un des axes de mesure, à savoir l'axe X dans le cas montré. L'orientation des surfaces réceptrices, respectivement 10.1 à 10.n et 11.1 à 11.n, et, par conséquent, l'orientation des axes X de tous les systèmes 6 gyroscopiques sont choisies par rapport à l'axe de rotation 4.1 de telle manière que l'angle À, défini par ces axes, satisfasse à la condition cos q = 1/3; c'est-à-dire que p est approximativement égal à 54,74 .5 L'orientation des autres axes de mesure, par conséquent ici les axes Y et Z, est mieux visible à la figure 2 et elle est choisie de telle manière que, d'une part, les deux axes d'un système gyroscopique soient chaque fois parallèles au plan d'une surface réceptrice et, d'autre10 part, à symétrie spéculaire par rapport au plan défini par l'axe de rotation 4.1 et par l'axe X correspondant. Dans l'orientation ainsi choisie, la diagonale dans l'espace des trois axes de mesure s'étend parallèlement à l'axe de rotation 4.1; il en résulte que, lors d'une15 rotation du bâti tournant 5, tous les axes de mesure d'un système gyroscopique sont soumis à une même composante de cette rotation. Etant donné que cela est valable pour la totalité des systèmes gyroscopiques présents sur le bâti tournant, tous les axes X, tous les axes Y et tous les20 axes Z sont par conséquent soumis à une même composante de la rotation, car leurs composantes correspondantes sont identiques en direction de l'axe de rotation 4.1. En ce qui concerne l'orientation des systèmes gyroscopiques sur le bâti tournant, il n'est pas obligatoirement nécessaire que les axes individuels de mesure d'un système gyroscopique donné présentent entre eux une composante de même grandeur par rapport à l'axe de rotation 4. 1; il faut simplement assurer que des mêmes axes de mesure de tous les systèmes gyroscopiques,30 donc par exemple, tous les axes X, présentent la même composante par rapport à l'axe de rotation 4.1. Du fait de la conception concentrique à plusieurs étages du bâti tournant 5, le volume de la chambre thermique 2 peut être exploité de manière optimale pour un grand nombre de systèmes gyroscopiques à étalonner en 7 même temps. Si l'un ou plusieurs des axes de mesure d'un système gyroscopique présente(nt) une erreur d'alignement axial, la projection de la rotation du bâti tournant sur l'axe5 correspondant de mesure, dans le cas de la fixation diagonale ci-dessus décrite pendant l'étalonnage, souffre de la même erreur selon le même ordre de grandeur. Il en résulte une erreur dans les coefficients pour le facteur dit de cadrage (ici, f6), qui entraîne une erreur de10 facteur de cadrage du même ordre de grandeur. Toutefois, cette erreur ne dépend pas de la température car, ici, l'erreur provient de la précision de l'alignement mécanique des axes de mesure qui, dans une première approximation, ne dépend pas de la température. Cette15 erreur peut être aisément déterminée, en ce que, à la suite de l'étalonnage diagonal, le système gyroscopique est tourné, à température constante, d'abord autour de l'axe X, puis de l'axe Y et enfin de l'axe Z et que, pour une vitesse de rotation connue, prédéfinie par la table20 tournante, la différence de vitesse de rotation mesurée est déterminée par une comparaison du signal provenant du système gyroscopique et de la vitesse de rotation de la table tournante. On peut en déduire enfin les erreurs résiduelles dans le facteur de cadrage, si bien que25 celui-ci est ajouté, en tant que grandeur de correction aux coefficients (par conséquent, ici la correction de f6(T) par le facteur de différence, constitué par le rapport entre la vitesse mesurée de rotation et la vitesse de rotation de la table tournante). Du fait que30 le changement de montage peut s'effectuer à une température quelconque, donc par exemple à la température ambiante, et que la mise en marche aux vitesses de rotation par la table tournante se fait relativement vite, cette correction ne signifie pas d'augmentation35 notable du temps d'étalonnage. Pour le cas d'une telle 8 correction du facteur de cadrage, il est judicieux que le niveau supérieur du bâti tournant 5 présente une plaque terminale de calage 14 à logement central pour un seul système gyroscopique 15 (représentés chacun en lignes5 tiretées à la figure 1). Bien que l'invention ait été particulièrement montrée et décrite en liaison avec un mode préféré de réalisation de celle-ci, il sera aisément compris par les personnes expérimentées dans cette technique qu'il est10 possible de procéder à diverses modifications dans la forme et dans les détails, sans sortir de l'esprit ni du domaine de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif destiné à l'étalonnage simultané de plusieurs systèmes gyroscopiques à plusieurs axes, notamment des systèmes gyroscopiques à fibres optiques, pour la totalité des axes de mesure et ce, au moyen d'une table tournante à un seul axe, caractérisé par un bâti tournant (5) relié à l'axe de rotation (4.1) de la table tournante à un seul axe (1) et sur lequel sont disposés10 les systèmes gyroscopiques (12.1 à 12.n; 13.1 à 13.n) de telle manière que des mêmes axes de mesure (X, Y, Z) des systèmes gyroscopiques (12.1 à 12.n; 13.1 à 13.n) soient soumis à une composante identique de la rotation du bâti tournant (5) et qu'aucune des composantes ne soit égale à15 zéro. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les diagonales de surface ou dans l'espace des axes de mesure (X, Y, Z) de tous les systèmes gyroscopiques (12.1 à 12.n; 13.1 à 13.n), à20 l'intérieur du bâti tournant (5), prennent un même angle, y compris l'angle zéro, par rapport à l'axe de rotation (4.1) du bâti tournant (5). 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les systèmes gyroscopiques (12.1 à 12.n; 13.1 à 13.n) sont disposés, à l'intérieur du bâti tournant (5) de telle manière qu'aucun de leurs axes de mesure (X, Y, Z) ne soit dirigé perpendiculairement à l'axe de rotation (4.1) du bâti tournant (5), et que les composantes en direction de l'axe de rotation (4.1)30 soient identiques pour tous les axes, ou bien pour tous les axes Y ou bien pour tous les axes Z. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les systèmes gyroscopiques (12.1 à 12.n; 13.1 à 13.n) sont disposés, à l'intérieur du bâti tournant (5), de façon répartie autour de l'axe de rotation (4.1) de celui-ci, selon une symétrie à n rayons. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les systèmes gyroscopiques (12.1 à 12.n; 13.1 à 13.n) sont placés, à l'intérieur du bâti tournant (5), en plusieurs niveaux perpendiculairement à l'axe de rotation (4.1) de celui-ci. 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à , caractérisé en ce que le bâti tournant (5) présente un dispositif de fixation (14), disposé dans l'axe de rotation (4.1), pour la rotation d'un seul système gyroscopique (15) autour de l'un de ses axes de mesure.