FR2544487A1 - Ensemble a gyroscope a laser - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN GYROSCOPE A LASER ACCOUPLE A UN MOTEUR A TREMBLEMENT AVEC LEQUEL IL FORME UN ENSEMBLE A FAIBLE FACTEUR Q. UN MOTEUR A TREMBLEMENT EST ACCOUPLE MECANIQUEMENT AU GYROSCOPE20 ET IL EST COMMANDE PAR UN SIGNAL MODULE EN FREQUENCE DE FACON ALEATOIRE AFIN D'ELIMINER DU SIGNAL DE SORTIE DU GYROSCOPE LES ERREURS DUES AU VERROUILLAGE DES FREQUENCES EN CAS DE ROTATION A FAIBLE VITESSE. DOMAINE D'APPLICATION : GYROSCOPES A LASER EN ANNEAU.

Description

L'invention concerne les gyroscopes à laser en anneau, et plus

particulièrement un dispositif destiné à éliminer les erreurs du signal de sortie du gyroscope,

dues à un "verrouillage".

Dans un gyroscope à laser, deux faisceaux de

lumière monochromatiques sont produits et mis en circula-

tion dans des sens opposés en un circuit fermé perpendi-

culaire à l'axe autour duquel une rotation doit être détectée Lorsque le gyroscope est mis en rotation, la longueur effective du trajet parcouru par un faisceau augmente, tandis que celle parcourue par l'autre faisceau diminue Etant donné que la fréquence d'oscillation d'un laser dépend de la longueur du trajet parcouru par le faisceau laser, une différence de fréquence entre les deux faisceaux apparaît L'amplitude et le signe de cette différence de fréquence sont représentatifs de la vitesse et du sens de la rotation du gyroscope autour de son axe sensible et ils peuvent être captés pour produire le signal

souhaité de sortie du gyroscope.

Lorsque la vitesse de rotation détectée diminue, la différence de fréquence entre les deux faisceaux diminue de façon similaire A de très faibles vitesses de rotation,

des erreurs apparaissent par suite d'effets de "verrouil-

lage" ou "accrochage", selon lesquels aucune différence de

fréquence n'est observée entre les faisceaux Le verrouil-

lage apparaît lorsque l'écart de fréquence entre les deux faisceaux est faible, ce qui provoque un couplage d'un faisceau sur l'autre,de sorte que les faisceaux oscillent à la même fréquence Ceci a pour résultat la formation d'une bande morte ou zone de verrrouillage dans laquelle le signal de sortie du gyroscope ne suit pas le signal d'entrée. Diverses techniques à tremblement ont été utilisées pour tenter d'éliminer le verrouillage aux faibles vitesses de rotation L'une de ces techniques consiste à utiliser un moteur à tremblement pour faire vibrer le corps du gyroscope d'un tremblement sinusoïdal à la fréquence propre de l'enaso 11 Lole, comme décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique No 3 373 650 Une autre technique utilisée pour minimiser les effets du verrouillage aux faibles vitesses de rotation est décrite dans le brevet des Etats- Unis d'Amérique N O 3 467 472 et consiste à ajouter un signal d'entrée à bruits aléatoires au signal de commande sinusoïdal d'un ensemble à gyroscope et moteur à tremblement, tel que celui décrit dans le

brevet N O 3 373 650 précité Chacun des ensembles à gyros-

cope et moteur à tremblement ou de vibration décrit dans les brevets précités est un ensemble à facteur Q élevé, de sorte qu'il peut être commandé à sa fréquence propre.

Une analyse rigoureuse des effets du tremble-

ment d'un corps sinusoïdal et du tremblement d'un corps

sinusoîdal comprenant un signal d'entrée à bruits aléa-

toires pour un gyroscope à laser, tels que décrits dans les brevets précités, est décrite dans l'article intitulé "Scale Factor Nonlinearity of a Body Dither Laser Gyro" de Thomas J Hutchings et Daryl C Stjern ( 1978) Cet article montre qu'en faisant vibrer ou trembler un corps de façon sinusoïdale, il apparait d'importantes erreurs de proportionnalité ou manques de linéarité dans le signal de sortie du gyroscope, non seulement à de très faibles vitesses d'entrée, mais également à des vitesses d'entrée

qui correspondent à un harmonique de la fréquence de trem-

blement sinusoïdal L'article montre également qu'en super-

posant un signal d'entrée à bruits aléatoires au tremble-

ment sinusoïdal du corps, les erreurs de proportionnalité ou les manques de linéarité qui apparaissent lorsque la vitesse d'entrée est un harmonique de la fréquence de

tremblement sont quelque peu réduits, mais non éliminés.

Le gyroscope à laser à tremblement ou vibration du corps utilisé pour illustrer ces effets était un ensemble ayant un facteur Q élevé, de même que tous les gyroscopes à

laser à tremblement du corps connus dans l'art antérieur.

Des gyroscopes à laser à tremblement ou vibra-

tion du corps, connus dans l'art antérieur, ont été réa-

lisés de façon particulière afin d'avoir un Q relativement élevé, c'est-àdire un Q de 100 ou plus, car une très

faible puissance suffit pour entraîner le moteur à trem-

blement supportant le gyroscope lorsque ce dernier est commandé à la fréquence propre de l'ensemble Cependant, l'effet d'un tel ensemble à facteur Q élevé est que, bien qu'un signal d'entrée à bruits aléatoires ou complexes puisse être ajouté à la commande sinusoïdale du moteur à tremblement, l'ensemble ne réagit qu'aux composantes de fréquence de bruit du signal de commande qui ont une fréquence égale ou très proche de la fréquence propre de l'ensemble En conséquence, le tremblement du corps réellement obtenu avec un tel ensemble à facteur Q élevé apparaît comme étant un tremblement sinusotdal, à faible modulation d'amplitude, par suite des composantes de fréquence du signal d'entrée à bruits complexes qui sont

proches de la fréquence propre de l'ensemble Les compo-

santes de fréquence des bruits qui sont très différentes

en fréquence produisent un effet négligeable sur le trem-

blement réel obtenu, aucune modulation de fréquence n'affectant le mouvement de tremblement ou de vibration La faible modulation d'amplitude du tremblement sinusoïdal peut avoir pour résultat une diminution de la largeur des manques de linéarité apparaissant lorsque la vitesse d'entrée du gyroscope est un harmonique de la fréquence de tremblement, mais elle n'élimine pas totalement les

manques de linéarité.

En outre, avec un ensemble à moteur à tremble-

ment et gyroscope à facteur Q élevé, l'amplitude des vibra-

tions communiquées au gyroscope est affectée par d'autres

facteurs tels que les vibrations d'origine extérieure.

Par conséquent, ces ensembles à facteur Q élevé exigent l'utilisation de circuits de réaction pour commander le moteur à tremblement du gyroscope à la fréquence propre

de l'ensemble afin de maintenir l'amplitude souhaitée.

Lorsque des gyroscopes à laser sont utilisés dans un groupe d'instruments, chacun des gyroscopes doit posséder son propre circuit de réaction auquel réagit le moteur

associé à tremblement.

Dans un groupe d'instruments comportant trois ensembles à gyroscope et moteur à tremblement, disposés chacun sur l'un, différent, des axes X, Y et Z, il est

également apparu que, lorsque les gyroscopes-sont comman-

dés à la même fréquence, ils tendent à produire des batte- ments synchrones Ceci provoque un déplacement du groupe

d'instruments d'une manière définissant un cône, ce mouve-

ment ayant pour résultat des erreurs dites de cône Pour empêcher les erreurs de cône d'apparaître, chacun des

gyroscopes entrant dans la constitution du groupe d'instru-

ments doit être commandé à une fréquence différente Lors-

que le groupe d'instruments est constitué de trois ensembles à gyroscope et moteur à tremblement de facteur Q élevé, la structure de chaque ensemble doit être réalisée de façon différente afin que chaque ensemble possède une fréquence propre différente à laquelle il est commandé Les ensembles à moteur à tremblement et gyroscope à facteur Q élevé

d'un tel groupe d'instruments ne sont donc pas interchan-

geables Autrement dit, un ensemble d'axes X ne peut être utilisé pour remplacer un ensemble d'axes Y Il en résulte la nécessité d'entretenir un assortiment important de trois types différents d'ensembles à gyroscope et moteur

à tremblement.

Conformément à l'invention, les inconvénients des gyroscopes à laser à tremblement de corps de l'art antérieur, décrits ci-dessus, sont éliminés Le gyroscope à moteur à tremblement selon l'invention forme un ensemble

qui est conçu de façon à réagir à une large plage de com-

posantes de fréquence Le mouvement de tremblement communiqué au gyroscope est modulé en fréquence afin de faire varier de façon aléatoire la vitesse de verrouillage du gyroscope

de façon que des manques de linéarité ou des erreurs affec-

tant le signal de sortie du gyroscope par suite d'un ver-

rouillage soient éliminés.

L'ensemble à gyroscope et moteur à tremblement est réalisé particulièrement de façon à avoir un faible facteur Q pour réagir à une large bande de composantes de fréquence du signal de commande du moteur à tremblement, 254448 i le mouvement de tremblement communiqué au gyroscope étant

modulé en fréquence par le signal de commande afin d'éli-

miner les manques de linéarité du signal de sortie du gyroscope par suite du verrouillage L'ensemble à gyroscope et moteur à tremblement est réalisé de façon à avoir un faible facteur Q, par amortissement de la fréquence propre

de l'ensemble, l'amortissement étant réalisé électrique-

ment ou mécaniquement.

La modulation de fréquence du mouvement de

tremblement pour l'ensemble à gyroscope et moteur à trem-

blement à faible facteur Q peut être réalisée à l'aide d'un signal de commande qui n'est aléatoire qu'en fréquence ou qui est aléatoire à la fois en fréquence et en amplitude Une modulation à fréquence fixe peut également être utiliséE Etant donné que l'ensemble à gyroscope et moteur à tremblement n'a pas à être commandé à sa fréquence propre le circuit produisant le signal de commande destiné au moteur à tremblement est simplifié par le fait qu'aucune

(réaction n'est nécessaire.

En outre, lorsque plusieurs ensembles à gyros-

cope et moteur à tremblement à faible facteur'Q sont utilisés dans un groupe d'instruments, on met en oeuvre une commande commune pour tous les ensembles Pour empêcher les erreurs de cône, chacun des ensembles est commandé à une fréquence différente par décalage de fréquence de la commande Bien que chacun des ensembles à gyroscope et

moteur à tremblement soit commandé à une fréquence diffé-

rente, étant donné que chacun des ensembles présente un faible facteur Q et qu'il n'a pas à être commandé à sa fréquence propre, les ensembles formant le groupe peuvent avoir la même structure et la même fréquence propre Par conséquent, l'ensemble à gyroscope et moteur à tremblement à faible facteur Q, associé à-un axe, est totalement interchangeable avec les ensembles associés aux autres axes et il suffit de conserver en réserve un seul type

d'ensemble à faible facteur-Q.

L'invention sera décrite plus en détail en regarc des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels la figure 1 est une vue en perspective d'un

gyroscope typique à laser monté sur un moteur à tremble-

ment ou de vibrations conformément à l'invention; la figure 2 est une vue de dessus, à échelle agrandie, du moteur à tremblement de la figure 1; la figure 3 est une vue partielle de dessus, à échelle encore plus agrandie, d'un détail du moteur à

tremblement de la figure 2, montrant son mode de tremble-

ment;

la figure 4 est une élévation, avec coupe sché-

matique partielle, du gyroscope à laser et du moteur à tremblement de la figure 1, cette figure illustrant le

montage à faible facteur Q de la forme préférée de réali-

sation de l'invention;

la figure 5 est un graphique illustrant le pro-

blème du verrouillage et sa solution conformément à l'in-

vention; la figure 6 est un graphique illustrant les bandes de verrouillage associées à un gyroscope à laser à tremblement de corps par ondes sinusoïdales, à facteur Q élevé; la figure 7 est un graphique illustrant l'erreur intégrée du signal de sortie du gyroscope en fonction du temps pour un ensemble à moteur à tremblement et gyroscope à facteur Q élevé, utilisant une commande sinusoïdale et

une commande sinusoïdale à signal d'entrée de bruit com-

plexe; la figure 8 est un schéma simplifié du circuit de commande comprenant un-oscillateur à ondes sinusoïdales et un générateur de signaux de fréquence aléatoire pour plusieurs moteurs à tremblement; la figure 9 est un schéma simplifié d'une variante du circuit de commande comprenant un générateur de signaux à fréquence alétatoire; la figure 10 est un schéma simplifié d'une autre forme de réalisation d'un circuit de commande comprenant un générateur de pseudo-bruits; et

la figure 11 est un schéma simplifié d'un cir-

cuit de commande pour modulation à fréquence fixe.

La figure 1 est une vue en perspective d'un gyroscope 20 à laser en anneau monté sur le moteur 22 à tremblement de la présente invention Le bottier ou corps 24 du gyroscope à laser 20 est de forme approximativement carrée, à angles coupés sur lesquels des ensembles 25 à miroirs sont fixés, les miroirs réfléchissant deux faisceaux de lumière monochromatique, tournant en sens opposés sur

un circuit fermé formé à l'intérieur du corps du gyroscope.

Le corps 24 présente un diamètre intérieur définissant une ouverture cylindrique centrale 26 dans laquelle le moteur 22 à tremblement ou vibration est monté L'axe de l'ouverture 26 constitue l'axe sensible du gyroscope à laser qui mesure des mouvements angulaires autour de cet axe. La figure 2 est une vue de dessus d'une partie de l'instrument de la figure 1, montrant notamment le

moteur 22 à tremblement Ce dernier comporte un moyeu cen-

tral 28 comportant huit ensembles radiaux analogues à des rayons qui partent du moyeu et qui sont reliés, par leurs extrémités extérieures, à des segments 30 et 32 Les

segments 30 et 32 sont de configurations sensiblement simi-

laires; cependant, les segments 32 sont reliés au corps 24 du gyroscope 20 à laser alors que les segments 30 sont fixés par des vis 34 de montage à une plaque de montage disposée au-dessous d'eux Cet agencement général peut

également être vu sur la figure 4 qui illustre schématique-

ment en coupe le gyroscope à laser et qui donne une vue de côté du moteur à tremblement Ainsi qu'on peut le voir,

les vis 34 sont reliées à une plaque ou surface 36 de mon-

tage qui est classique à pratiquement toutes les applica-

tions de gyroscopes à laser (les gyroscopes à laser sont généralement utilisés en mode bridé et, par conséquent, le support de leur moteur à tremblement est normalement boulonné directement sur le véhicule, c'est-àdire qu'il

n'est pas suspendu par rapport à ce dernier).

Des ressorts à lames 40, fixés aux segrents 30 et 32 par des vis 38, partent radialement vers l'extérieur du moyeu central 28 Ce dernier ainsi que les segments 32

et les ressorts 40 aboutissent à une position-situe légère-

ment au-dessus de la surface 36 de montage (voir figure 4) et de préférence légèrement au-dessus du plan de base du gyroscope à laser En outre, ainsi qu'on peut le voir sur

la figure 2, les segments 30 sont dimensionnés et posi-

tionnés de façon à être situés légèrement radialement vers l'intérieur par rapport à la surface intérieure 26 du corps du gyroscope Par conséquent, grâce à cet agencement, les segments 30 restent fixes par rapport à la surface 36 de montage, alors que l'instrument proprement dit peut vibrer

autour de l'axe du support.

Ainsi qu'on peut le voir sur les figures 2 et 3, des cristaux piézoélectriques 42 et 44 sont fixés aux faces opposées des ressorts 40, de préférence à l'aide d'une colle conductrice Ainsi, les ressorts 40 constituent un contact électrique pour chacun des éléments piézoélectriques 42 et 44 Tous les éléments à cristaux piézo-électriques sont orientés de façon à établir un contact électrique sur la face liée aux ressorts correspondants 40 et sur

les faces opposées 46 et 48 desdits éléments piézo-

électriques Ces derniers sont des pièces de matière piézo-électrique découpées et finies à la forme géométrique souhaitée, présentant une orientation souhaitée par rapport aux axes cristallographiques de la matière afin que le

cristal réagisse à un champ électrique appliqué en présen-

tant la déformation et la flexion souhaitées Dans la forme de réalisation décrite, les éléments piézo-électriques

42 ont une orientation cristalline telle qu'un champ élec-

trique appliqué entre la surface 46 et la surface en butée contre le ressort 40 provoque une flexion du cristal comme

montré sur la figure 3 La flexion statique et la direc-

tion dépendent de l'amplitude et de la polarité du champ

appliqué Etant donné que les surfaces 46 et 48 des cris-

taux 42 et 44, respectivement, sont connectées électrique-

ment en parallèle par l'intermédiaire de lignes de connexion , on peut voir aisément que les éléments piézo-électrique 44 doivent être découpés différemment des cristaux 42, car la déformation des cristaux 44 doit être complémentaire de celle des cristaux 42 lorsque la tension appliquée aux cristaux 44 est opposée à celle appliquée aux cristaux 42. Cette orientation cristalline particulière permet alors d'appliquer une tension unique entre la connexion commune des lignes 50 et la masse du moteur à tremblement pour commander efficacement tous les éléments piézoélectriques

en parallèle et d'une manière complémentaire.

Les figures 2 et 3 montrent que les éléments piézo-électriques 42 et 44 ne sont pas montés à mi-distance entre les ressorts 40, mais ils sont montés de manière que

leurs bords affleurent sensiblement le moyeu central 28.

Ainsi, les ressorts 40 sont obligés de faire saillie initialement radialement vers l'extérieur du moyeu central

28 et sont légèrement courbés par les éléments piézo-

électriques en fonction de la tension qui leur est appli-

quée Le point d'inflexion des ressorts apparaît entre les bords extérieurs des éléments piézo-électriques et les éléments adjacents des segments 30 et 32 de manière que les extrémités extérieures des ressorts, fixées aux

segments 30 et 32, soient également maintenues radiale-

ment Par conséquent, du point de vue statique, lorsqu'une tension est appliquée aux éléments piézo-électriques, une flexion des éléments piézoélectriques et des ressorts associés entre les segments 30 et le moyeu 28 provoque une légère rotation du moyeu 28, la flexion opposée des éléments piézo-électriques et des ressorts associés montés

entre le moyeu 28 et les segments 32 provoquant une rota-

tion du gyroscope à laser sur un angle environ double de

l'angle de rotation du moyeu 28.

Dans la forme préférée de réalisation, la rai-

deur des ressorts 40 et des éléments piézo-électriques 42 et 44, ainsi que le moment polaire d'inertie du gyroscope à laser sont choisis de façon à donner au gyroscope à laser monté sur le moteur à tremblement une fréquence propre à l'état libre d'environ 300 à 500 Hz En considérant à titre 1 O d'exemple la valeur de 300 Hz, lorsqu'on applique une tension alternative de 300 Hz au moteur à tremblement, entre la masse de ce dernier ou la surface de montage et les lignes 50, le gyroscope à laser peut entrer en vibration à sa fréquence propre (il est évidemment possible de détecter également la déviation du moteur à tremblement et de l'utiliser comme signal de réaction afin que le système soit autooscillant à la fréquence propre du moteur à tremblement) En général, un moteur à tremblement tel que celui décrit jusqu'à présent en regard des figures 1 à 3, ou bien les moteurs à tremblement de l'art antérieur, présentent un très faible amortissement Avec un faible

amortissement, le système des ressorts et des masses pré-

sente un facteur Q élevé qui est d'au moins 100 et qui atteint souvent 300 ou plus, de sorte qu'il est très facile à commander à la fréquence propre de la suspension, mais qu'il présente une très faible réponse à toute fréquence différant notablement de la fréquence propre

de la suspension.

L'ensemble à gyroscope et moteur à tremblement selon l'invention est réalisé notamment de façon à avoir un faible facteur Q de façon à réagir à une large bande de composantes de fréquence, le facteur Q étant de l'ordre de 20, et de préférence de l'ordre de 10 ou moins On donne à l'ensemble un faible facteur Q en amortissant sa fréquence propre Cet amortissement peut être obtenu de nombreuses manières différentes Une manière consiste à

réaliser un amortissement électrique Les éléments piézo-

électriques sont des éléments bilatéraux^de sorte qu'une

tension appliquée à travers un élément engendre une con-

trainte dans ce dernier Inversement, une contrainte engendrée mécaniquement dans l'élément fait apparaître une tension à travers celuici Par conséquent, une charge résistive placée en parallèle sur la commande du moteur à tremblement connecté à une source électronique ayant une impédance de sortie importante a pour résultat de donner

au système mécanique un facteur Q relativement faible.

Dans la forme préférée de réalisation montrée sur la figure 4, on utilise un dispositif mécanique d'amortissement, notamment par montage du gyroscope 20 à laser sur une

pièce d'élastomère 52 telle qu'un caoutchouc silicone.

L'élastomère 52 est disposé entre le corps du gyroscope et la plaque 36 de montage qui s'étend au-dessous du corps. L'élastomère 52 et l'amplitude de sa compression due au montage du gyroscope-sont proportionnés pour donner à

l'ensemble le faible facteur Q souhaité.

L'ensemble à gyroscope et moteur à tremblement à faible facteur Q réagit à une large bande de composantes de fréquence d'un signal de commande appliqué au moteur 24 à tremblement par les lignes 50 Le signal de commande peut être aléatoire uniquement en fréquence, ou bien il peut être aléatoire à la fois en fréquence et en amplitude

(c'est-à-dire une commande par bruits aléatoires ou com-

plexes) afin de moduler en fréquence le tremblement ou la vibration communiqué au gyroscope, provoquant une

variation aléatoire du battement de verrouillage du gyros-

cope en fonction du signal de commande En outre, une modulation de fréquence fixe du mouvement de tremblement peut être utilisée pour l'ensemble à gyroscope et moteur

à tremblement à faible facteur Q, comme décrit ci-dessous.

Les figures 5, 6 et 7 illustrent les effets du tremblement ou de la vibration modulé en fréquence,

produit par l'ensemble à gyroscope et moteur à tremble-

ment à faible facteur Q selon l'invention, utilisant un signal de commande sinusoïdal avec un signal d'entrée de bruits aléatoires ou complexes ou un signal de commande qui est simplement aléatoire en fréquence, la différence du tremblement produit par des-ensembles à gyroscope et

moteur à tremblement à facteur Q élevé, de l'art anté-

rieur, ayant un signal de commande sinusoïdal ou un signal de commande sinusoïdal associé à un signal d'entrée à

bruits aléatoires ou complexes.

Il est apparu qu'avec un tremblement de corps sinusoïdal pour un ensemble à gyroscope et moteur à tremblement à facteur Q élevé, il existe des manques de linéarité affectant le signal de sortie du gyroscope lorsque la fréquence d'entrée est un harmonique de la fréquence sinusoïdale de tremblement, ces manques de linéarité étant illustrés en 54 sur la courbe d'entrée-sortie du gyroscope, montrée sur la figure 5 Comme montré sur la figure 6, lorsque la fréquence d'entrée du gyroscope approche un harmonique de la fréquence sinusoïdale de tremblement, il apparaît une erreur de proportionnalité positive qui atteint une crête, puis s'inverse en une erreur négative qui atteint elle-même une crête, puis qui diminue lorsque la fréquence d'entrée-dépasse l'harmonique En outre, comme montré en 56 sur la figure 7, les erreurs intégrées du signal de sortie du gyroscope s'accumulent avec le temps. L'addition d'un signal d'entrée à bruits is complexes à un tremblement sinusoïdal dans le cas d'un ensemble à gyroscope et moteurs à tremblement à facteur

Q élevé a pour résultat uniquement une modulation d'ampli-

tude du tremblement, aucune modulation de fréquence ne se produisant car l'ensemble ne réagit qu'aux composantes de fréquence de bruits du signal de commande qui sont proches de la fréquence propre de l'ensemble On peut considérer, à titre d'exemple, les effets des composantes d'entrée de bruits de 370 Hz et 374,5 Hz sur un ensemble à facteur Q élevé soumis à un tremblement sinusoïdal à sa fréquence propre de 375 Hz La composante de bruits de 370 Hz ne produit pratiquement aucun effet sensible sur le tremblement du gyroscope, comme si elle était

trop éloignée de la fréquence propre de l'ensemble Cepen-

dant, la composante de bruit de 374,5 Hz provoque un battement vis-à-vis du signal de commande sinusoïdal de 375 Hz, de sorte que le gyroscope vibre à 375 Hz avec

une amplitude qui varie à une fréquence de 0,5 Hz L'en-

semble à gyroscope et moteur à tremblement de facteur Q élevé, soumis à un tremblement sinusoïdal et recevant un signal d'entrée de bruit fait fondamentalement trembler le gyroscope à la fréquence propre de l'ensemble, modulée en amplitude par le bruit La modulation d'amplitude du tremblement due à l'entrée de bruit réduit quelque peu la largeur des manques de linéarité 54 Cependant, étant donne

que le mouvement de tremblement n'est soumis à aucune modu-

lation de fréquence, un verrouillage subsiste lorsque la

fréquence d'entrée est un harmonique de la fréquence sinu-

soldale de tremblement, avec persistance des manques de

linéarité du signal de sortie du gyroscope aux harmoniques.

Ces manques de linéarité ne peuvent être ramenés à zéro par calcul de moyenne, comme illustré en 58 sur la figure

7, et il en résulte encore des erreurs cumulatives.

L'ensemble à gyroscope et moteur à tremblement à faible facteur Q selon l'invention réagit à une large bande de composantes de fréquencede sorte qu'un signal de commande sinusoïdal, à entrée de bruits aléatoires ou complexes, module efficacement en fréquence le mouvement de tremblement communiqué au gyroscope Le mouvement de tremblement modulé en fréquence provoque une variation de la fréquence de verrouillage du gyroscope en fonction du

signal d'entrée de bruits complexes, la fréquence de ver-

rouillage allant et venant dans la plage de fréquence de façon à ramener à zéro la moyenne des écarts de linéarité du signal de sortie du gyroscope Le signal de sortie du gyroscope apparaît à présent comme étant linéaire comme illustré par la ligne pointillée 60 de la figure 5, les erreurs ou écarts de linéarité du signal de sortie ayant

été éliminés.

Le signal de commande du moteur à tremblement pour l'ensemble à gyroscope et moteur à tremblement à faible facteur Q peut être produit par l'un quelconque des divers circuits illustrés sur les figures 9 à 11 Comme représenté sur la figure 8, le circuit peut comprendre un oscillateur sinusoïdal 62 dont le signal de sortie est appliqué à une jonction 64 de sommation Le signal de sortie sinusoïdal de l'oscillateur 62 ne nécessite pas une fréquence qui est égale à la fréquence propre de l'ensemble à gyroscope et moteur à tremblement à faible facteur Q, mais il est choisi de façon à avoir une fré-

quence nominale et une amplitude suffisante pour communi-

quer un tremblement au gyroscope Un générateur 66 produit un signal ayant une fréquence aléatoire Le générateur 66 peut également se présenter sous la-forme d'un générateur de bruits aléatoires ou complexes afin de produire un signal qui est aléatoire à la fois en fréquence et en amplitude Le signal de sortie du générateur 66 est appli- qué par l'intermédiaire d'un filtre passe-bande 68 à la jonction 64 de sommation o il est combiné au signal de

sortie de l'oscillateur 62 pour former le signal de com-

mande appliqué par la ligne 50 au moteur 22 à tremblement.

L'ensemble à gyroscope et moteur à tremblement à faible

facteur Q réagit à une large plage de composantes de fré-

quence du signal de commande appliqué par la ligne 50, la fréquence du signal de commande modulant le mouvement de tremblement communiqué au gyroscope afin de faire varier

de façon aléatoire la fréquence de verrouillage du gyroscope.

Etant donné que l'ensemble à gyroscope et moteur à tremblement présente un faible facteur Q, il n'a pas

à être commandé à sa fréquence propre En outre, le trem-

blement communiqué au gyroscope de l'ensemble à faible facteur Q est déterminé par le signal de commande du moteur

à tremblement appliqué par la ligne 50, pratiquement indé-

pendamment des autres sources de vibration Ces avantages permettent de commander plusieurs ensembles à gyroscope et moteur à tremblement à faible facteur Q, formant un groupe d'instruments, en circuit ouvert, par une source commune Ceci est illustré sur la figure 8 qui montre le signal de commande transmis par la ligne 50 à chacun des moteurs à tremblement 22, 22 a et 22 b des ensembles à

faible facteur Q formant un groupe.

Chacun des ensembles à faible facteur Q associés

aux moteurs 22, 22 a et 22 b peut être placé sur un axe ortho-

gonal différent tel que les axes X, Y et Z afin de mesurer une rotation autour de cet axe Pour empêcher l'apparition d'erreurs de cône, le signal de commande présent sur la ligne 50 est décalé en fréquence avant d'être appliqué aux moteurs à tremblement 22 a et 22 b de façon que chacun des ensembles à gyroscope et moteur à tremblement formant le

groupe d'instruments soit commandé à une fréquence différente.

Le signal de commande présent sur la ligne 50 est décalé vers le haut, en fréquence, de 10 Hz par un translateur de fréquence 69 dont la sortie est reliée au moteur 22 a à tremblement, le signal de commande étant décalé, en fréquence, vers le bas de 10 Hz par un translateur 70 de

fréquence dont la sortie est reliée au moteur 22 b à trem-

blement La structure de chacun des moteurs à tremblement 22, 22 a et 22 b et des gyroscopes associés est la même

que celle illustrée sur la figure 4, chaque structure for-

mant un ensemble à faible facteur Q Etant donné que les ensembles à gyroscope et moteur à tremblement à faible facteur Q utilisés pour former le groupe d'instruments n'ont pas à être commandés à leur fréquence propre, les

ensembles ayant une structure identique et la même fré-

quence propre peuvent être utilisés sur chaque axe, quand bien même les ensembles sont commandés à des fréquences

différentes Les ensembles à gyroscope et moteur à trem-

blement à faible facteur Q associés à chaque axe sont

totalement interchangeablesde sorte qu'il suffit d'entre-

tenir une réserve d'un seul type d'ensemble à faible facteur Q. -Une deuxième forme de réalisation du circuit de ccmnande est illustrée sur la figure 9 o l'oscillateur 62 et la jonction 64 de sommation sont supprimés Avec des-ensembles à gyroscope et moteur à tremblement de l'art antérieur à facteur Q élevé, il faut un oscillateur sinusoïdal, car les composantes de fréquence de bruits

comprises dans la bande très étroite de réponse de l'en-

semble à facteur Q élevé ne peuvent avoir une amplitude importante, de très importantes erreurs de verrouillage apparaissant dans ces cas si le signal sinusoïdal de commande relativement fort n'est pas présent Cependant, en ce qui concerne l'ensemble à gyroscope et moteur à tremblement à faible facteur Q selon l'invention, la bande relativement large de réponse de cet ensemble rend de tels faits relativement improbables, car il est très improbable que toutes les composantes de bruits de la bande de réponse de l'ensemble aient momentanément une très faible amplitude Cependant, pour éliminer cette possibilité, on peut modifier le circuit de la figure 9

comme montré sur la figure 10.

Sur la figure 10, on utilise un générateur 72 de pseudo-bruits pour générer le signal de commande appliqué par les lignes 50 aux ensembles à gyroscope et moteur à tremblement à faible facteur Q Le générateur

de pseudo-bruits peut comprendre un ordinateur ou un micro-

processeur qui est programmé par des algorithmes bien connus afin de produire un signal de sortie qui, du point de vue statistique, est purement aléatoire et qui apparaît de façon purement aléatoire pendant une brève période de

temps, mais qui finalement répète la même séquence pseudo-

aléatoire La totalité du domaine caractéristique de temps du générateur 72 de bruits pseudo-aléatoires peut être choisie de manière que toutes conditions' nulles momentanées non souhaitéespossibles dans le cas d'un phénomène réellement

aléatoire, soient éliminées.

L'ensemble à gyroscope et moteur à tremblement à faible facteur Q peut également utiliser une modulation de fréquence fixe du mouvement de tremblement, comme montré

sur la figure 11 Le circuit de commande comprend un oscil-

lateur 74 dont la sortie est combinée à une jonction 76 de sommation avec la sortie d'un générateur 78 de signal périodique pour produire le signal de commande transmis par les lignes 50 aux moteurs à tremblement La fréquence du signal périodique sortant du générateur 78 est choisie de façon à être différente de la fréquence du signal de sortie sinusoïdal de l'oscillateur afin que la fréquence du signal de commande résultant module le mouvement de

tremblement communiqué au gyroscope de l'ensemble à gyros-

cope et moteur à tremblement à faible facteur Q. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'ensemble décrit et représenté

sans sortir du cadre de l'invention.

Claims (21)

REVENDICATIONS

1 Ensemble comprenant un gyroscope ( 20) pré-

sentant deux faisceaux de lumière monochromatiques tournant en sens opposés et parcourant un circuit fermé, le signal de sortie du gyroscope représentant la diffé- rence de fréquence entre les faisceaux et une mesure de

la rotation du gyroscope, des moyens ( 22) reliés au gyros-

cope pour lui communiquer un mouvement de tremblement, le gyroscope et les moyens de tremblement formant un ensemble qui réagit à une large bande de composantes de fréquence, et des moyens destinés à moduler en fréquence le mouvement de tremblement communiqué au gyroscope afin d'éliminer des erreurs affectant le signal de sortie du

gyroscope et dues à un verrouillage des faisceaux.

2 Ensemble selon la revendication 1, carac-

térisé en ce que le gyroscope et les moyens de tremblement forment un ensemble à faible facteur Q.

3 Ensemble selon la revendication 2, carac-

térisé en ce que le facteur Q de l'ensemble est de l'ordre

de 20 ou moins.

4 Ensemble selon la revendication 1, carac-

térisé en ce que le facteur Q de l'ensemble est de l'ordre

de 10 ou moins.

Ensemble selon la revendication 1, carac-

térisé en ce que le gyroscope et les moyens de tremble-

ment forment un ensemble dont la fréquence naturelle est amortie de façon que cet ensemble soit sensible à ladite

large bande de composantes de fréquence.

6 Ensemble selon la revendication 1, carac-

térisé en ce que les moyens de modulation comprennent un élément ( 66) destiné à produire un signal de commande dont la fréquence varie de façon aléatoire, les moyens

de tremblement réagissant au signal de commande en commu-

niquant le mouvement de tremblement au gyroscope.

7 Ensemble selon la revendication 6, carac-

térisé en ce que le signal de commande produit présente

une amplitude qui varie de façon aléatoire.

8 Ensemble selon la revendication 1,carac-

térisé en ce que les moyens de modulation comprennent un élément ( 62) destiné à produire une onde sinusoïdale, un élément ( 66) destiné à produire un signal périodique ayant une fréquence qui diffère de celle de l'onde sinusoïdale, et un élément ( 64) destiné à combiner l'onde sinusoïdale et le signal périodique pour produire un signal de commande auquel les moyens de tremblement réagissent en communiquant

le mouvement de tremblement au gyroscope.

9 Ensemble, caractérisé en ce qu'il comporte un gyroscope ( 20) produisant deux faisceaux de lumière monochromatiques tournant en sens opposés et parcourant un circuit fermé, la différence de fréquence entre les faisceaux étant une mesure de la rotation du gyroscope, un élément ( 66) destiné à produire un signal de commande ayant une fréquence qui varie de façon aléatoire, et des moyens ( 22) sensibles au signal de commande et accouplés

au gyroscope afin de communiquer à ce dernier un mouve-

ment de tremblement, le gyroscope et les moyens de trem-

blement formant un ensemble à faible facteur Q qui est sensible à une large bande de composantes de fréquence du signal de commande de façon à faire varier la fréquence à laquelle les deux faisceaux se verrouillent en -fonction

du signal de commande aléatoire.

10 Ensemble selon la revendication 9, carac-

térisé en ce que lesdits moyens produisent un signal de

commande variant de façon aléatoire en amplitude.

11 Ensemble selon la revendication 9, carac-

térisé en ce que les moyens de génération comprennent un élément ( 62) destiné à produire une onde sinusoïdale, un

élément ( 66) destiné à produire un signal de bruits aléa-

toires, et un élément ( 64) de sommation destiné à combiner le signal de bruits aléatoires et l'onde sinusoïdale pour

produire ledit signal de commande.

12 Ensemble selon la revendication 9, carac-

térisé en ce que les moyens de génération comprennent un

générateur ( 66) de bruits complexes, et un filtre passe-

bande ( 68) connecté à la sortie du générateur de bruits et

dont la sortie forme le signal de commande.

13 Ensemble selon la revendication 9, carac-

térisé en ce que les moyens de génération comprennent un

générateur ( 72) de pseudo-bruits.

14 Ensemble, caractérisé en ce qu'il comporte un gyroscope ( 20) produisant deux faisceaux de lumière monochromatiques tournant en sens opposés et parcourant

un circuit fermé, le signal de sortie du gyroscope repré-

sentant la différence de fréquence entre les faisceaux et une mesure de la rotation du gyroscope, des moyens ( 66)

destinés à générer un signal de commande ayant une fré-

quence qui varie de façon aléatoire, des moyens ( 22) sensibles au signal de commande et couplés au gyroscope pour lui communiquer un mouvement de tremblement, et des moyens destinés à amortir la fréquence propre de l'ensemble formé par le gyroscope et les moyens de tremblement afin de former un ensemble à faible facteur Q qui est sensible à une large bande de composantes de fréquence du signal de commande, le mouvement de tremblement étant modulé en fréquence par le signal de commande afin d'éliminer du

signal de sortie du gyroscope des erreurs dues à un ver-

rouillage des faisceaux.

Ensemble selon la revendication 14, carac-

térisé en ce que les moyens de tremblement sont fixés à

un élément ( 36) de montage s'étendant au-dessous du gyros-

cope et en ce que les moyens d'amortissement comprennent une pièce ( 52) d'élastomère disposée entre le gyroscope

et l'élément de montage.

16 Ensemble, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs gyroscopes ( 20) produisant chacun deux faisceaux de lumière monochromatiques tournant en sens opposés et parcourant un circuit fermé, le signal de sortie de chacun

des gyroscopes étant une mesure de la rotation du gyros-

cope correspondant autour de son axe, plusieurs moteurs à tremblement ( 22, 22 a, 22 b) couplés chacun à l'un des gyroscopes et lui communiquant un mouvement de tremblement, chaque gyroscope et chaque moteur à tremblement formant un ensemble sensible à une large bande de composantes de fréquence, et des moyens destinés à générer un signal de commande auquel chacun des moteurs à tremblement est sensible, la fréquence de ce signal de commande modulant le mouvement de tremblement communiqué à chacun des gyroscopes afin d'éliminer du signal de sortie de chaque gyroscope les

erreurs dues à un verrouillage des faisceaux.

17 Ensemble selon la revendication 16, carac-

térisé en ce que chacun des ensembles à gyroscope et moteur à tremblement présente un faible facteur Q afin de réagir

à une large bande de composantes de fréquence.

18 Ensemble selon la revendication 16, carac-

térisé en ce que chacun des ensembles à gyroscope et moteur à tremblement comprend des moyens destinés à amortir sa fréquence propre de façon à être sensible à une large bande

de composantes de fréquence.

19 Ensemble selon la revendication 16, carac-

térisé en ce que la fréquence du signal de commande varie

de façon aléatoire.

Ensemble selon la revendication 19, carac-

térisé en ce que l'amplitude du signal de commande varie

de façon aléatoire.

21 Ensemble selon la revendication 16, carac-

térisé en ce que les moyens destinés à générer le signal de commande comprennent un élément ( 62) destiné à générer une onde sinusoïdale, un élément ( 66) destiné à générer un second-signal périodique ayant une fréquence différente de celle de l'onde sinusoïdale, et un élément ( 64) destiné à combiner l'onde sinusoïdale et le signal périodique pour

produire ledit signal de commande.

22 Ensemble, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs gyroscopes ( 20) produisant chacun deux faisceaux de lumière monochromatiques tournant en sens opposés et parcourant un circuit fermé, le signal de sortie de chacun des gyroscopes étant une mesure de la rotation du gyroscope correspondant sur son axe, plusieurs moteurs à tremblement ( 22 a, 22 b, 22 c) couplés chacun à l'un des gyroscopes afin de lui communiquer un mouvement de tremblement, chaque gyroscope et chaque moteur à tremblement formant un ensemble à faible facteur Q qui est sensible à une large bande de composantes de fréquence, chaque ensemble étant positionné sur un axe différent afin de mesurer une rotation autour

de ce dernier, les ensembles à faible facteur Q étant inter-

changeables, des moyens ( 69, 70) étant destinés à générer

plusieurs signaux de commande ayant des fréquences diffé-

rentes, chaque signal de commande étant transmis à un moteur à tremblement différent pour commander chaque ensemble à

faible facteur Q à une fréquence différente.

23 Ensemble selon la revendication 22, carac-

térisé en ce que tous les ensembles à gyroscope et moteur à tremblement à faible facteur Q ont la même fréquence propre.

24 Ensemble selon la revendication 22, carac-

térisé en ce que tous les ensembles à gyroscope et moteur

à tremblement à faible facteur Q ont la même structure.

Ensemble selon la revendication 22, carac-

térisé en ce que les moyens de génération produisent des signaux de commande dont les fréquences diffèrent entre

elles d'au moins 10 Hz.