Brevet FR2942033A1 — publié le 20100813

Domaine de l'invention La présente invention concerne un circuit de compensation d'un capteur de vitesse de lacet. Ce circuit de compensation comporte une première unité d'exploitation générant un signal de compensation en quadrature en tenant compte d'une valeur de différence ou de somme formée à partir d'une première valeur de mesure et d'une seconde valeur de mesure. L'invention concerne également un circuit de détection d'un capteur de vitesse de lacet comportant un modulateur ou un multiplicateur pour générer un signal de vitesse de lacet, caractérisant l'amplitude de la vitesse de lacet fournie par le capteur. L'invention concerne également un capteur de vitesse de lacet muni d'une unité d'entraînement. Enfin l'invention concerne un procédé de compensation d'un capteur de vitesse de lacet. Dans un capteur de vitesse de lacet classique tel que celui décrit dans le document DE 10 2004 061 804 Al, on génère des forces en quadrature nécessaires pour neutraliser les mouvements parasites de l'élément de capteur. Les forces en quadrature rendent le capteur de vitesse de lacet plus sensible aux vibrations, c'est-à-dire qu'elles faussent la valeur de vitesse de lacet que l'on veut mesurer avec une composante qui n'existe pas en réalité. Cette valeur de mesure faussée est appelée "vitesse de lacet virtuelle". But de l'invention La présente invention a pour but de développer un circuit de compensation pour un capteur de vitesse de lacet fournissant des valeurs de mesure de la vitesse de lacet non falsifiées ou du moins dont l'erreur engendrée par les vibrations est diminuée de manière significative. L'invention a également pour but de développer un circuit de détection d'un capteur de vitesse de lacet et un capteur de vitesse de lacet présentant ces avantages. L'invention a également pour but de développer un procédé de compensation correspondant d'un capteur de vitesse de lacet. 2 Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention concerne un circuit de compensation, caractérisé en ce qu'il comporte une seconde unité d'exploitation générant un signal de compensation des vibrations en tenant compte d'une valeur de somme ou de différence formée à partir de la première valeur de mesure saisie et de la seconde valeur de mesure saisie. L'invention concerne également un circuit de détection pour un capteur de vitesse de lacet comprenant un modulateur ou un multiplicateur générant un signal de vitesse de lacet, caractérisant l'amplitude de la vitesse de lacet détectée par le capteur et comprenant un circuit de compensation tel que défini ci-dessus. Suivant une caractéristique avantageuse, la seconde unité d'exploitation comporte une entrée pour une grandeur de réglage provenant d'une boucle de régulation d'une unité d'entraînement du capteur de vitesse de lacet. Le circuit de compensation comporte un générateur de somme ou de différence pour générer une troisième valeur de somme ou de différence à partir du signal de compensation en quadrature et du signal de compensation des vibrations. Selon une autre caractéristique avantageuse, la première unité d'exploitation comporte un premier filtre, notamment un premier filtre passe-bas ou passe-bande et/ou la seconde unité d'exploitation comporte un second filtre, notamment un second filtre passe-bas. L'invention concerne également un circuit de détection comportant un circuit de compensation pour un capteur de vitesse de lacet. Le capteur de vitesse de lacet comporte un circuit de compensation tel que défini ci-dessus avec un circuit de détection. L'invention concerne également, un procédé de compensation appliqué à un capteur de vitesse de lacet comprenant les étapes consistant à : - saisir une première et une seconde valeur de mesure sur un élément de capteur de saisie, 3 - générer une première valeur de différence ou de somme à partir de la première valeur de mesure et de la seconde valeur de mesure, - générer un signal de compensation en quadrature en tenant compte de la première valeur de différence ou de somme, - générer une seconde valeur de somme ou de différence à partir de la première valeur de mesure et de la seconde valeur de mesure, et - générer un signal de compensation de vibrations en tenant compte de la seconde valeur de différence ou de somme. L'étape consistant à générer le signal de compensation des vibrations peut comporter une étape de modulation ou de multiplication par une grandeur de réglage provenant d'une boucle de régulation d'une unité d'entraînement du capteur de vitesse de lacet. Il est avantageux que le procédé de compensation comporte une autre étape selon laquelle, on génère une troisième valeur de somme ou de différence à partir du signal de compensation en quadrature et du signal de compensation des vibrations. De manière particulièrement avantageuse, l'étape consistant à générer le signal de compensation en quadrature comprend une première étape de filtrage, notamment par un premier filtrage passe-bas ou passe-bande et/ou l'étape consistant à générer le signal de compensation des vibrations comprend une seconde étape de filtrage, notamment un second filtrage passe-bas. Dessins La présente invention sera décrite ci-après à l'aide de modes de réalisation préférentiels représentés dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 montre schématiquement une partie de capteur micromécanique d'un capteur de vitesse de lacet, et - la figure 2 est un schéma par blocs d'un premier mode de réalisation du capteur de vitesse de lacet selon l'invention. Description de modes de réalisation La description suivante du mode de réalisation de l'invention se fera en utilisant simultanément les deux figures. Les gyromètres à vibrations utilisent l'effet de Coriolis pour déterminer une vitesse de lacet extérieure Q. Pour cela, on communique à une masse 4 sismique 10 (structure de masse mobile) d'une partie de capteur micromécanique (élément de Coriolis) 12, une vitesse v dans une première direction x. Cela se fait à l'aide d'une oscillation d'entraînement 14 de fréquence c). La masse sismique 10 est suspendue à un substrat 18, par des éléments de ressort 16, la masse sismique 10 peut exécuter une oscillation d'entraînement 14 (déviation) dans une première direction x et une déviation 20 dans une seconde direction y perpendiculaire à la première direction x. La force de Coriolis Fc = 2mv x S2 est proportionnelle à la vitesse et agit dans la seconde direction y; le vecteur de la vitesse de lacet S2 ainsi saisi (vitesse de rotation) est dirigé dans une direction z perpendiculaire au plan (x, y). Le capteur de vitesse de lacet 38 comporte une unité d'entraînement/à oscillateur 40 et une unité de détection/exploitation 42. Pour réaliser l'unité d'entraînement/à oscillateur 40, pour une masse sismique 10 entraînée avec une amplitude limitée, on utilise un circuit de régulation 44 assurant la condition d'oscillation et un circuit de régulation à commande automatique de gain AGC 46 pour réguler un signal d'entraînement constant 24. Dans l'unité d'entraînement/à oscillateur 40, l'oscillateur mécanique 10, 16 est soumis à une force d'entraînement mécanique FA. Des moyens d'entraînement 22 assurent l'entraînement de la masse sismique 10 dans la première direction x. Ces moyens d'entraînement sont représentés par des condensateurs, car ils peuvent être capacitifs. Les moyens d'entraînement 22 peuvent recevoir un signal d'entraînement 24, qu'ils convertissent en une force motrice mécanique FA. De plus, la masse sismique 10 comporte des moyens de mesure d'entraînement 26 qui, sous l'effet de l'oscillation d'entraînement 14 de la masse sismique 10 dans la première direction x, génèrent une paire de signaux de réaction 281, 282. Cette paire de signaux de réaction est traitée par une paire de convertisseurs capacité/tension 30 et par un premier convertisseur de différence, analogique/numérique 48. Dans le mode de réalisation représenté, les moyens de mesure d'entraînement 26 sont également de forme capacitive et sont représentés par des condensateurs. Le signal de réaction 50, préparé est appliqué à un circuit à boucle à verrouillage de phase (circuit PLL) 52 qui, génère une grandeur de réglage 54. La grandeur de réglage 54 est appliquée à un premier convertisseur numérique/analogique 56 qui génère le signal d'entraînement 24. De plus, le signal de réaction 50, préparé, est appliqué à un régulateur à commande automatique de gain AGC 58 pour une régulation 5 automatique de l'amplification. Ce régulateur génère un signal à commande automatique de gain AGC 60 pour influencer l'intensité du signal d'entraînement 24 appliqué au moyen d'entraînement 22. Les imperfections de l'élément de capteur 10 entraînent également dans la plage d'une fréquence c) de l'oscillation d'entraînement 14, une déviation parasite XQ, proportionnelle à la course, et qui est appelée perturbation en quadrature (ou en abrégé "quadrature"). Cette déviation parasite XQ de la masse sismique 10, est entraînée par une force FQ et est déphasée de 90° par rapport à la déviation de mesure Xc générée par la force de Coriolis Fc proportionnelle à la vitesse. La déviation globale XM = Xc + XQ dans la seconde direction y, est une combinaison de la déviation de mesure Xc et de la déviation parasite XQ. Elle est mesurée par des moyens de mesure 34 et est convertie en un signal de déviation 621, 622. Les moyens de mesure 34 sont également réalisés sous une forme capacitive et sont représentés par des condensateurs. La déviation parasite XQ, peut avoir différentes directions. L'élément décisif est toutefois la composante vectorielle de la déviation parasite XQ dans la seconde direction y, car les moyens de mesure 34 exploitent les déviations XM dans cette direction y. Pour neutraliser la déviation parasite XQ il est prévu des moyens de compensation 64 qui agissent sur la masse sismique 10. Les moyens de compensation 64 sont également de forme capacitive et sont représentés par des condensateurs. Les moyens de compensation 64 peuvent recevoir un signal d'entraînement de compensation 66 servant à neutraliser le signal parasite XQ par des moyens électriques pour que ce signal n'apparaisse pas à la sortie de capteur 68. L'unité de détection/exploitation 42 sera décrite ci-après. La force de Coriolis Fc = 2mv x S2 proportionnelle à la vitesse, produit une déviation de mesure 20 de la masse sismique 10 dans la direction y, c'est-à-dire sur les moyens de mesure 34 et génère ainsi une paire de 6 signaux 621, 622 modulés en amplitude ayant la fréquence c) de l'oscillation d'entraînement 14. La paire de signaux 621, 622 est préparée à l'aide d'une seconde paire de convertisseurs capacité/tension 70 et d'un second convertisseur de différence analogique/numérique 72. L'exploitation se fait avec le principe de la compensation de la force, c'est-à-dire selon le principe dit de la "boucle fermée". La déviation y de la masse sismique 10 sous l'action des forces Fc + FQ liées à l'effet de Coriolis et à la perturbation en quadrature XQ est ainsi annulée à l'aide d'une force de compensation FK appliquée à la partie de capteur 12. Les forces Fc et FQ engendrent avec la force de compensation FK générée par le signal de réaction 74, une force résultante agissant sur l'oscillateur mécanique 10, 16. Cette force résultante produit une déviation mécanique de la partie de capteur 12. Cette déviation y est convertie en un signal de déviation électrique 621, 622, par le second convertisseur capacité/tension 70. Ce signal est appliqué au second convertisseur de différence numérique/analogique 72 et à un filtre numérique 76 pour générer un signal de contreréaction 74 constituant un signal de régulation. Ce signal de contreréaction 74 est appliqué à un second convertisseur numérique/analogique 78 pour être converti en une force de compensation FK pour s'opposer à la déviation y de la partie de capteur 12. Le signal de contreréaction 74 constitue également la base du signal de sortie de capteur 80. Le signal de contreréaction 74 est soumis à une démodulation synchrone 82 par la grandeur de réglage 54 du signal d'entraînement électrique 24. La neutralisation des signaux parasites (signaux en quadrature) XQ, proportionnels à la course, et qui résultent directement de la force d'entraînement FA, se fait par cette démodulation synchrone 82. On effectue ensuite un filtrage de sortie dans un filtre de sortie 84, ce qui donne le signal de sortie de capteur 80 à la sortie 68. Dans les capteurs de vitesse de lacet à boucle fermée de structure classique, notamment les capteurs de vitesse de lacet situés hors du plan, à compensation active de la quadrature par rappel de force de modulation FQ dans la partie de capteur 12, on a observé une sensibilité aux vibrations qui fausse les résultats de la mesure. A l'aide de calculs analytiques, on a pu prouver que la sensibilité perturbatrice 7 aux vibrations dans la plage basse fréquence est le résultat d'une modulation du mouvement de vibration par les forces FQK, nécessaires à la compensation du mouvement en quadrature XQ. Les influences principales sur l'accélération hors du plan, sont liées aux forces de quadrature FQK nécessaires pour éliminer les mouvements parasites XQ de la partie de capteur 10 : FQK = 1/2) E (A/ d) U2 (équation 1). Pour la force de compensation en quadrature FQK, on a la relation : A = b y sin (c) t) (équation 2). Pour des mouvements parasites selon l'axe z, la distance : d = do + z sin (costsr t) (équation 3) est modifié. Il en résulte une force FQK dépendant du facteur suivant : FQK sin (c) t)/(1 + (z/do) sin (costsr t)) (équation 4). Le développement du second terme en une série exponentielle donne : FQK sin (c) t)/(1 - 2 (z/do) sin (costsr t) + ...) (équation 5). Cela correspond à une modulation des deux formes de mouvement et génère la force FQK pour les bandes latérales c) - costsr et c1)Stôr (sin (c) t)) (sin (costsr t)) = (1/2) ( cos ((c) - costsr) t) - cos ((c) - costsr) t)) (équation7). Ces forces FQK se répertorient sur un électrostatique non linéaire des condensateurs à plaques et donnent ainsi un signal qui correspond à une vitesse de lacet virtuelle. Selon l'invention, on copie aussi exactement que possible un signal de compensation des vibrations 99 qui décrit ces composantes de force de modulation FQst&r dans le circuit de reproduction des vibrations 86 (seconde unité d'exploitation 86), et on le réintroduit sur l'élément de capteur 12 par un générateur de somme et/ou de différence 100 et des moyens de compensation disponibles (électrodes) 64. Cela permet d'éliminer complètement ou largement l'influence de la non-linéarité de l'électrostatique ou de réduire celle-ci au moins dans une très large mesure. Pour réaliser ce type de compensation des perturbations XQSt&r occasionnées par les vibrations, on saisit le mouvement (perturbateur) XQSt&r engendré par les vibrations à l'aide d'un second convertisseur analogique/numérique 88. La largeur 8 de bande du signal 90 ainsi saisi, peut être limitée par un filtre 92, pour éviter les effets parasites perturbateurs de la compensation des vibrations. Le signal de sortie 94 du circuit de reproduction des vibrations 86 ainsi obtenu, qui contient une information de vitesse de lacet virtuelle, est modulé par la grandeur de réglage 54 de l'unité d'entraînement 40 dans un modulateur synchrone 96 et est en plus introduit au moyen d'un générateur de somme ou différence 100, dans le signal de contreréaction 74 du circuit de régulation de détection 102, fermé. En variante, le signal 94 généré par les composantes des vibrations et qui est saisi ou déduit, peut également servir pour une compensation numérique de la vitesse de lacet 80, saisie ou pour calculer un nouveau défaut de décalage.15 REVENDICATIONS1 °) Circuit de compensation (42) d'un capteur de vitesse de lacet (38), ce circuit de compensation (42) comportant une première unité d'exploitation (72, 76) générant un signal de compensation en quadrature (73) en tenant compte d'une valeur de différence ou de somme formée à partir d'une première valeur de mesure (621) et d'une seconde valeur de mesure (622), caractérisé en ce que le circuit de compensation (42) comporte une seconde unité d'exploitation (86) générant un signal de compensation des vibrations (99) en tenant compte d'une valeur de somme ou de différence (90) formée à partir de la première valeur de mesure saisie (621) et de la seconde valeur de mesure saisie (622). 2°) Circuit de compensation (42) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la seconde unité d'exploitation (86) a une entrée (98) pour une grandeur de réglage (54) provenant d'une boucle de régulation (44) d'une unité d'entraînement (40) du capteur de vitesse de lacet (38). 3°) Circuit de compensation (42) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de compensation (42) comporte un générateur de somme ou de différence (100) générant une troisième valeur de somme ou de différence (74) à partir du signal de compensation en quadrature (73) et du signal de compensation des vibrations (99). 4°) Circuit de compensation (42) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première unité d'exploitation (72, 76) comporte un premier filtre (76), notamment un premier filtre passe-bas ou passe-bande et/ou la seconde unité d'exploitation comporte un second filtre (92), notamment un second filtre passe-bas. 10 5°) Circuit de détection (42) pour un capteur de vitesse de lacet (38), ce circuit de détection (42) comprenant un modulateur (82) ou un multiplicateur (82) pour générer un signal de vitesse de lacet (80) caractérisant l'amplitude de la vitesse de lacet détectée par le capteur de vitesse de lacet (38), caractérisé en ce que le circuit de détection (42) comprend un circuit de compensation (42) selon l'une des revendications 1 à 4. 6°) Capteur de vitesse de lacet (38) comprenant une unité d'entraînement (40), caractérisé en ce que le capteur de vitesse de lacet (38) comporte un circuit de compensation (42) selon l'une des revendications 1 à 4 ou un circuit de détection (42) selon la revendication (5). 7°) Procédé de compensation appliqué à un capteur de vitesse de lacet (38), ce procédé de compensation comprenant les étapes consistant à : - saisir une première (621) et une seconde (622) valeur de mesure sur un élément de capteur de saisie (12), - générer une première valeur de différence ou de somme à partir de la première valeur de mesure (621) et de la seconde valeur de mesure (622), - générer un signal de compensation en quadrature (73) en tenant compte de la première valeur de différence ou de somme, - générer une seconde valeur de somme ou de différence (90) à partir de la première valeur de mesure (621) et de la seconde valeur de mesure (622), et - générer un signal de compensation des vibrations (99) en tenant compte de la seconde valeur de différence ou de somme (90). 8°) Procédé de compensation selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'étape consistant à générer le signal de compensation des vibrations (99), comprend une modulation (96) ou multiplication (96) par une 11 grandeur de réglage (54) provenant d'une boucle de régulation (44) d'une unité d'entraînement (40) du capteur de vitesse de lacet (38). 9°) Procédé de compensation selon la revendication 7, caractérisé en ce qu' il comprend une autre étape selon laquelle, on génère une troisième valeur de somme ou de différence (74) à partir du signal de compensation en quadrature (73) et du signal de compensation de vibrations (99). 10°) Procédé de compensation selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'étape consistant à générer le signal de compensation en quadrature (73) comprend un premier filtrage (76), notamment un premier filtrage passe-bas ou à bande passante et/ou l'étape consistant à générer le signal de compensation des vibrations (99) comprend un second filtrage (92), notamment un second filtrage passe-bas.20