Brevet FR2902870A1 — publié le 20071228

DISPOSITIF D'AMELIORATION DE LA DUREE DE VIE D'UN GYROMETRE TRIAXIAL La présente invention se rapporte à un dispositif d'amélioration de la durée de vie d'un gyromètre triaxial. Comme il est connu dans l'état de l'art, une des limitations à la durée de vie d'un gyromètre laser est directement liée au temps de fonctionnement de la cathode. Ce temps de fonctionnement est limité par la pulvérisation de la couche d'oxyde déposée sur la cathode. Pour une géométrie de cathode considérée, la durée de vie est principalement fonction de la densité de courant demandée à la cathode. On va tout d'abord rappeler les caractéristiques principales d'un gyromètre triaxial. La configuration actuelle d'un tel gyromètre (figure 1), utilise un système de décharges plasma qui part d'une seule cathode (CA) et qui ensuite se divise en passant dans trois capillaires de liaison (Cl à C3) qui arrivent au niveau des réserves de gaz, respectivement référencées B, C, D. Pour simplifier le dessin des figures 1 à 4, on n'a pas représenté les cathodes, mais le début des capillaires correspondants de liaison à ces cathodes. De chaque réserve de gaz, partent ensuite deux capillaires de conduction de plasma qui alimentent les anodes. Pour simplifier le dessin, on n'a montré sur la figure 2 que le cas de la réserve de gaz du miroir D, la configuration des éléments relatifs aux autres réserves de gaz étant la même que pour D. Cette réserve est reliée aux anodes Al et A2 par les capillaires CD1 et CD2, faisant respectivement partie des cavités définies par les miroirs (A, D, B, F) et (F, C, D, E) et par les capillaires les reliant. La cathode CA se trouve donc reliée aux six anodes (Al à A6). Cette architecture permet de garder une configuration symétrique qui utilise deux anodes par cavité. Un gyromètre laser triaxial de l'art antérieur, tel que mentionné ci-dessus, par exemple le gyromètre PIXYZ , présente les caractéristiques suivantes : -Gyromètre laser triaxial comportant trois cavités laser, orthogonales entre elles deux à deux. (cf figures 1 et 2). Les trois cavités sont intégrées dans un même bloc en Zérodur caractérisé par une très faible dilatation thermique. - L'ensemble triaxial comprend six miroirs (trois miroirs de transmission et trois miroirs translatables à monture piézoélectrique, ci-après dénommés miroirs piézos ). Chaque miroir est commun à deux cavités. - Le gain permettant l'effet laser est obtenu par des décharges électriques dans un plasma He-Ne entre une cathode et des anodes (préférentiellement six). - On associe au bloc optique un système d'activation placé sur une des trisectrices du bloc (une trisectrice est définie ainsi : si on plaçait les six miroirs A à F aux centres respectifs des faces d'un cube, chaque trisectrice serait un axe joignant deux sommets opposés de ce cube) . Ce système mécanique permet de s'affranchir de l'effet dit de Zone Aveugle . Si l'on considère plus particulièrement une cavité, celle-ci est fermée par quatre miroirs. Deux sont utilisés en tant que miroirs piézos (miroirs à position asservie), ce qui permet d'ajuster la longueur de cavité à un nombre entier de longueurs d'onde. Les deux autres sont des miroirs partiellement réfléchissants. Un de ces miroirs porte un système de lecture qui permet, après recombinaison des deux faisceaux CW et CCW (faisceaux contrapropagatifs) issus de la cavité laser, d'obtenir un réseau d'interférences. Si la cavité est en rotation, ce réseau défile devant deux cellules photoélectriques disposées en quadrature de phase. La fréquence vue par les cellules est fonction de la vitesse angulaire du bloc optique autour de l'axe sensible de la cavité. La phase entre les deux signaux reçus par les cellules est fonction du sens de rotation de la cavité. Un diaphragme permet de sélectionner le mode principal TEMoo du laser et de rejeter les modes supérieurs. Il est utilisé un diaphragme par cavité. Comme décrit dans le brevet français 2 759 160, l'optimisation des performances du gyromètre nécessite plus particulièrement : L'utilisation de deux décharges électriques par cavité. Chaque décharge s'établit entre la cathode commune et une anode. Les deux anodes sont placées dans le plan de la cavité. Cette définition symétrique permet de s'affranchir des effets d'écoulement du gaz dans la cavité (effet Fizeau). L'utilisation d'une activation dont l'axe sensible est confondu avec l'axe Cathode (axe 1 passant par la cathode CA en figure 1). - Le placement de cet axe d'activation verticalement dans le porteur pour symétriser la dissipation thermique du bloc. L'utilisation de capillaires d'équilibrage entre les anodes pour réduire les effets de Mise Sous Tension du gyromètre. ( voir la demande de brevet français 95 01645) Dans un gyromètre triaxial tel que décrit ci-dessus, le courant demandé à la cathode est de six fois le courant de fonctionnement du gyromètre. Pour une application demandant une durée de vie très longue, cette configuration trouve ses limites du fait de la densité de courant élevée demandée à la cathode, comme précisé ci-dessus. La présente invention a pour objet un dispositif d'amélioration de la durée de vie d'un gyromètre triaxial de la façon la plus simple et la moins onéreuse possible. Le gyromètre conforme à l'invention est un gyromètre laser du type comprenant un bloc optique comportant trois cavités optiques résonantes communicantes qui forment un octaèdre régulier présentant huit faces triangulaires, chacune des cavités présentant quatre segments capillaires formant un carré perpendiculaire à un axe sensible correspondant, ces cavités étant agencées de manière 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 étant orienté de manière à être utilisé par les deux cavités formant ledit couple, chaque cavité utilisant quatre miroirs, dont deux sont transmissifs, l'un d'eux étant un miroir de lecture et les deux autres miroirs étant des miroirs d'asservissement de longueur de cavité, ledit gyromètre comprenant en outre un mécanisme d'activation permettant d'entraîner le bloc selon un mouvement alternatif de rotation autour d'un axe d'activation, et il est caractérisé en ce qu'il comporte trois cathodes reliées chacune à deux cavités parmi les trois, ces deux cavités étant à chaque fois prises par permutation circulaire. Selon une autre caractéristique de l'invention, chaque cathode est reliée à une réserve de gaz associée à un miroir, cette réserve étant elle-même reliée à deux segments capillaires de cavité appartenant à deux cavités différentes. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation, pris à titre d'exemple non limitatif et illustré par le dessin annexé, sur lequel : la figure 1 est une vue en perspective du bloc optique d'un gyromètre de l'art antérieur dont part la présente invention, - la figure 2 est une vue en perspective du bloc optique du gyromètre de la figure 1, vu sous un autre angle et montrant plus en détail la réserve de gaz associée à l'un des miroirs, les figures 3 et 4 sont des vues en perspective du bloc optique d'un gyromètre conforme à l'invention sous des angles de vue différents, la figure 4 montrant plus en détail la réserve de gaz associée à l'un des miroirs, la figure 5 est un schéma d'un exemple de circuit d'alimentation électrique du bloc optique du gyromètre de l'invention, - la figure 6 est un schéma d'un exemple de circuit d'autorisation de la vérification de bon amorçage pour le gyromètre de l'invention, et la figure 7 est un schéma d'un autre exemple de circuit d'alimentation électrique du bloc optique du gyromètre de l'invention. Une des caractéristiques principales du gyromètre de l'invention est qu'il comporte trois cathodes, chacune alimentant deux anodes, ceci afin de réduire très nettement la densité de courant passant par chaque cathode. En conséquence, cette configuration nécessite de modifier la régulation de courant et la séquence d'amorçage du gyromètre. La description ci-dessous se réfère au gyromètre de l'art antérieur, tel que celui représenté en figures 1 et 2, pour les parties qui sont communes avec celles du gyromètre de l'invention, et on ne décrira en détail que les éléments nouveaux de ce dernier.. Dans le gyromètre de l'invention à bloc optique à trois cathodes, chaque cathode (K1 à K3) est reliée par un capillaire (CAP1 à CAP3 respectivement) à une des trois réserves de gaz associées aux miroirs B,C,D comme montré en figures 3 et 4 . De chaque réserve de gaz, comme dans le gyromètre de l'art antérieur, il part deux capillaires vers deux anodes. Ainsi, comme représenté en figure 4, la cathode K1 alimente les plasmas des anodes A 11 et Al2. De même, la cathode K2 alimente A21 et A22 et la cathode K3 alimente A31 et A32. Ces parties avec plasma, entre réserve et anodes, sont utilisées pour fournir le gain du laser. L'axe de chaque cathode est préférentiellement placé sur une des trisectrices du bloc. La quatrième trisectrice correspond à l'axe d'activation. Cette configuration permet de garder la symétrie de rotation à 120 du bloc optique du gyromètre. On constate que dans le dispositif de l'invention, chaque cathode n'a plus qu'à fournir du courant à deux anodes. D'où un facteur 3 sur la densité du courant demandé à la cathode. Les lois expérimentales de vieillissement cathode étant de la forme : Durée de vie = k.j" avec : j = densité de courant cathode et n : compris entre 2,5 et 3 on calcule aisément que le gain attendu sur la durée de vie est de l'ordre de 20, et ce, bien entendu, dans le cas où le gyromètre triaxial à trois cathodes garde la même géométrie cathode que le gyromètre mono-cathode de l'art antérieur. Pour ce qui concerne les performances en termes de Faux Zéro (également appelé biais), de sensibilité aux dérives thermiques et au processus de mise Sous Tension de chaque cavité, on remarque que tout le bloc reste avec une symétrie de 120 avec comme axe de symétrie l'axe sur lequel est placé l'axe d'activation. La configuration à trois cathodes garde les propriétés suivantes : Utilisation de deux anodes par cavité, les six anodes pouvant être placées tous les 60 , - Anodes dans le plan de chaque cavité, - Symétrie des chauffages localisés des cathodes par rapport à l'axe d'activation. Il en résulte que les caractéristiques de performances liées à la température et à la symétrie géométrique des capillaires sont conservées. On décrit maintenant un dispositif électronique pour l'amorçage d'un gyromètre triaxial à trois cathodes et les circuits de régulation de courant associés. Dans le fonctionnement du gyromètre laser, il est nécessaire de symétriser les décharges plasma en termes de courant de fonctionnement de façon à réduire les instabilités du Faux Zéro. Cette fonction est réalisée par le contrôle de la séquence d'amorçage afin que tous les bras de décharge soient correctement amorcés, et ensuite par la régulation de courant pour que tous les bras aient le même courant de fonctionnement. Dans l'exemple de réalisation de la figure 5, l'amorçage du gyromètre est réalisé par application sur chaque cathode d'une tension d'une valeur de quelques kV (typiquement 3kV à 5kV) tant que le gyromètre est éteint. Après amorçage, la valeur de la tension cathode est ramenée à une valeur de maintien de quelques 100V (typiquement entre 500 et 900V) . Ce circuit d'amorçage symétrique utilise une seule alimentation Haute Tension (HT) associée à une seule alimentation Très Haute Tension (THT). La distribution des tensions vers les cathodes se fait ensuite par un réseau de résistances et de diodes. Chaque cathode est reliée à la HT par une diode (Dl à D3) qui sert d'interrupteur, et est aussi reliée à la THT par une résistance (R1 à R3) de forte valeur qui permet de superposer la THT à la HT tant que la cathode ne tire pas de courant. Une valeur typique de résistance pour application de la THT est 100M0. La valeur de la résistance utilisée est fonction de la génération de THT. Si celle-ci est réalisée par un transformateur d'impulsions, la valeur de la résistance dépend de la fréquence de rafraîchissement des impulsions. Il faut en effet que la THT reste suffisante (de l'ordre de quelques kV) jusqu'à l'amorçage des bras liés à la dernière cathode amorcée, même lorsqu'une des cathodes s'amorce avant les autres. Une telle configuration de circuit d'amorçage reste valable avec l'utilisation de trois transformateurs d'impulsions reliés chacun à une cathode par un réseau R-C ou, avec l'utilisation d'une alimentation THT continue. Ces circuits permettent de ramener les résistances à des valeurs plus basses (quelques 100KS2) Une autre configuration peut aussi consister en l'utilisation de trois alimentations HT + THT avec un isolement galvanique entre elles. On a représenté en figure 7 un exemple de réalisation d'un tel circuit. Ce circuit comporte, pour chaque cathode K1 à K3, un transformateur d'impulsions (Tl à T3) dont le secondaire alimente en haute tension (HT1 à HT3) et très haute tension (THT1 à THT3) cette cathode. L'impulsion génératrice de la très haute tension est envoyée au primaire de chaque transformateur (Ti à T3), par un transistor (Q1 à Q3) de commande piloté en impulsionnel via les commandes (CDAM1 à CDAM3). Le primaire de chacun de ces transformateurs est d'autre part alimenté par une moyenne tension (MT1 à MT3), comprise entre 100 et 300V environ.. Au secondaire de chaque transformateur, la très haute tension est redressée et filtrée par les réseaux (DIA, Cl) à (D3A, C3). La distribution des tensions vers chaque cathode se fait ensuite par un réseau de résistances et de diodes, constitué par les éléments Dl à D3 et R1 à R3. Chaque cathode (K1 à K3) est reliée à la HT par une diode (Dl à D3) qui sert d'interrupteur, et est aussi reliée à la THT par une résistance (R1 à R3) de forte valeur (comprise entre 3 et 10MS) environ) qui permet de superposer la THT à la HT tant que la cathode ne tire pas de courant. Pour compléter l'ensemble, les alimentations des régulations de courants (appliquées aux primaires respectifs de Ti à T3) sont aussi isolées galvaniquement par rapport aux hautes et très hautes tensions (appliquées aux secondaires respectifs de Tl à T3). . Les points froids (0 volt) des alimentations basses tension ( V 1 à V3) sont reliés respectivement au points froids des alimentations hautes tensions (HT1 à HT3). De cette façon, on évite tout risque de pontage entre anodes. Dans les gyromètres de l'art antérieur, la vérification du bon amorçage était déclenchée dès que l'une des décharges était initialisée. (c'est-à-dire, l'existence d'un courant de plasma pour au moins une anode). Pour l'application au gyromètre à trois cathodes, l'invention prend en compte le fait qu'au moins un bras de chaque cathode est amorcé avant de vérifier le bon amorçage. On a représenté en figure 6 un exemple de circuit permettant de vérifier l'établissement des courants entre chacune des trois cathodes et au moins une des deux anodes relatives à ces cathodes. A cet effet, six capteurs de courant (non représentés sur le dessin) sont disposés dans les bras correspondants des six anodes partant des trois cathodes. Les sorties de signal (courant présent ou absent) de ces capteurs, pris deux à deux pour chacune des cathodes correspondantes, sont reliées aux entrées de trois circuits logiques OU (référencés OU-1 à OU-3) dont les sorties sont reliées à un circuit ET. La sortie de ce circuit ET fournit un signal d'autorisation de vérification du bon amorçage. Cette autre caractéristique de l'invention permet une remise à zéro de la configuration d'amorçage des cathodes à chaque amorçage. On évite en effet lors d'un amorçage non complet sur les six bras, (par exemple amorçage intempestif sur la montée de la HT) d'avoir, lors de la tentative suivante, des configurations plasma et électronique au niveau cathodes différentes. En effet, le temps de réaction de la cathode est fonction entre autres effets, lié à l'état de repos du plasma et donc au temps d'arrêt vu par le gyromètre depuis le dernier état amorcé. 5 10 20 25 30 REVENDICATIONS 1. Gyromètre laser du type comprenant un bloc optique comportant trois cavités optiques résonantes (ABDF, ACBE, FCDE) communicantes qui forment un octaèdre régulier présentant huit faces triangulaires, chacune des cavités présentant quatre segments capillaires formant un carré perpendiculaire à un axe sensible correspondant, ces cavités étant agencées de manière que chacun des angles d'une cavité coïncide et communique avec l'angle d'une autre cavité, un miroir (A à F) associé à chaque couple d'angles en coïncidence étant orienté de manière à être utilisé par les deux cavités formant ledit couple, chaque cavité utilisant quatre miroirs dont deux sont transmissifs (parmi A, E, F), l'un d'eux étant un miroir de lecture et les deux autres étant des miroirs d'asservissement de longueur de cavité (parmi B, C, D) , ledit gyromètre comprenant en outre un mécanisme d'activation permettant d'entraîner le bloc selon un mouvement alternatif de rotation autour d'un axe d'activation (1), caractérisé en ce qu'il comporte trois cathodes (K1 à K3)) reliées chacune à deux cavités parmi les trois, ces deux cavités étant à chaque fois prises par permutation circulaire. 2. Gyromètre selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque cathode est reliée par un capillaire (CAP1 à CAP3) à une réserve de gaz associée à un miroir (B, C, D) , cette réserve étant elle-même reliée à deux segments capillaires de cavité appartenant à deux cavités différentes. 3. Gyromètre selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que son amorçage comprend une alimentation en haute tension (HT) et une alimentation très haute tension (THT), ces deux alimentations étant découplées entre elles par une résistance (R1 à R3) et une diode (Dl à D3).5 4. Gyromètre selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que son amorçage comprend, pour chaque cathode, une alimentation en haute tension (HT1 à HT3)) et une alimentation très haute tension (THT1 à THT 3) ), les alimentations de chaque cathode ainsi que les alimentations de leurs régulations de courant respectives étant isolées galvaniquement entre elles.