FR2684759A1

FR2684759A1 - Piezoelectric vibrating gyrometer

Info

Publication number: FR2684759A1
Application number: FR9115096A
Authority: FR
Inventors: Adam Christian; Rochereau Jacques
Original assignee: APPLIC GLES ELECTR MECA
Current assignee: APPLIC GLES ELECTR MECA
Priority date: 1991-12-05
Filing date: 1991-12-05
Publication date: 1993-06-11
Anticipated expiration: 2011-12-05
Also published as: FR2684759B1

Abstract

The gyrometer, which can be produced at low cost, has a detector member (10) consisting of a substantially flat plate (12) constituting at least 8-fold symmetry consisting at least mostly of piezoelectric material and whose two large faces carry both electrodes (EM) for exciting the plate in resonance, distributed uniformly about the axis of the plate, and electrodes (DC) for detecting the vibrations in the plate, located in the same plane as the excitation electrodes and placed so as to detect the stresses caused by the driving field due to the excitation electrodes (EM) and by the Coriolis field when the plate turns about the sensitive axis, constituted by its axle. The gyrometer has a circuit for supplying the electrodes (EM) for exciting the plate in resonance which is intended to give the plate (12) resonance in tangential lobes.

Description

GYROMETRE VIBRANT PIEZO-ELECTRIQUE
La présente invention concerne les gyromètres, c'est-à-dire des appareils destinés à mesurer une vitesse de rotation autour d'un axe sensible.PIEZO-ELECTRIC VIBRATING GYROMETER
The present invention relates to gyrometers, that is to say devices intended to measure a speed of rotation around a sensitive axis.

Le besoin se fait sentir à l'heure actuelle d'un gyromètre à organe détecteur lié à la structure dont la vitesse de rotation est à mesurer, ayant un encombrement faible, réalisable en série à bas prix, et capable de fournir des mesures significatives dans une plage de vitesse importante, résistant à des accélérations brutales. The need arises at the present time for a gyrometer with a detector organ linked to the structure whose speed of rotation is to be measured, having a small footprint, achievable in series at low cost, and capable of providing significant measurements in a large speed range, resistant to sudden acceleration.

Parmi les domaines potentiels d'application de tels gyromètres, on peut notamment citer la réalisation de centrales de navigation pour véhicule automobile, le gyromètre permettant d'effectuer une navigation à court terme en coopération avec un accéléromètre, tandis que des moyens supplémentaires, tels qu'une vanne de flux, permettent la navigation à long terme. Among the potential fields of application of such gyrometers, mention may in particular be made of navigation systems for motor vehicles, the gyrometer making it possible to perform short-term navigation in cooperation with an accelerometer, while additional means, such as 'a flow valve, allow long-term navigation.

On a déjà proposé des gyromètres vibrants piézoélectriques dont l'organe détecteur est constitué par une plaque sensiblement plane présentant une symétrie au moins d'ordre 8 (pouvant présenter la forme d'un octogone, d'un polygone d'ordre plus élevé ou d'un cercle) par rapport à un axe sensible perpendiculaire à son plan, constituée, au moins en majeure partie (et avantageusement complètement), de matériau piézo-électrique et dont les deux grandes faces portent à la fois des électrodes d'excitation de la plaque à la résonance réparties régulièrement autour de l'axe et des électrodes de détection des vibrations de la plaque, situées dans le même plan que les électrodes d'excitation et placées de façon à détecter les contraintes provoquées par le champ moteur dû aux électrodes d'excitation et par les forces de Coriolis lorsque la plaque tourne autour de l'axe sensible, constitué par l'axe de la plaque. Piezoelectric vibrating gyrometers have already been proposed, the detector member of which is constituted by a substantially planar plate having at least 8-fold symmetry (which may be in the form of an octagon, a higher-order polygon or d 'a circle) with respect to a sensitive axis perpendicular to its plane, consisting, at least for the most part (and advantageously completely), of piezoelectric material and the two large faces of which carry both excitation electrodes of the resonance plate regularly distributed around the axis and of the plate vibration detection electrodes, located in the same plane as the excitation electrodes and placed so as to detect the stresses caused by the motor field due to the electrodes excitation and by Coriolis forces when the plate rotates around the sensitive axis, constituted by the axis of the plate.

On a déjà proposé de nombreux gyromètres de ce type. Une constitution de principe qu'on peut considérer comme représentative est montrée en figure 1. L'organe détecteur 10 se compose d'une plaque mince en matériau piezo-électrique (par exemple en niobate de lithium ou en zirconate-titanate de plomb) polarisée perpendiculairement à ses grandes faces et liée à la structure dont la vitesse de rotation est à mesurer. Cette plaque est revêtue sur une grande face, située à l'arrière sur la figure 1 et donc non visible, d'une couche mince de matériau conducteur portée à un potentiel constant, généralement à la masse. La face avant porte plusieurs jeux d'électrodes. Many gyrometers of this type have already been proposed. A principle constitution which can be considered representative is shown in FIG. 1. The detector member 10 consists of a thin plate of polarized piezoelectric material (for example lithium niobate or lead zirconate-titanate) perpendicular to its large faces and linked to the structure whose speed of rotation is to be measured. This plate is coated on a large face, located at the rear in FIG. 1 and therefore not visible, with a thin layer of conductive material brought to a constant potential, generally grounded. The front panel carries several sets of electrodes.

Ces électrodes sont soit des électrodes d'excitation (symbole E) soit des électrodes de détection (symbole D). Les électrodes de détection se rapportent soit au champ moteur créé par les électrodes d'excitation (indice M), soit au champ de Coriolis (indice C). Les électrodes suivies du signe - sont en opposition de phase par rapport à celles portant le même symbole suivi du signe +, pour le champ désigné par le symbole. These electrodes are either excitation electrodes (symbol E) or detection electrodes (symbol D). The detection electrodes relate either to the motor field created by the excitation electrodes (index M), or to the Coriolis field (index C). The electrodes followed by the sign - are in phase opposition with respect to those carrying the same symbol followed by the + sign, for the field designated by the symbol.

Dans le cas illustré en figure 1, la disposition choisie pour les électrodes d'excitation E vise à assurer une excitation symétrique selon des axes orthogonaux X et
Y, mais antisymétrique suivant les axes A à 45". Pour cela des électrodes motrices d'excitation EM+ et EM+ sont disposées le long de l'axe X et alimentées par un signal élaboré par un circuit amplificateur-oscillateur à partir d'un signal prélevé sur les électrodes DM, alignées suivant l'axe Y, de façon à exciter un mode résonant de vibration..In the case illustrated in FIG. 1, the arrangement chosen for the excitation electrodes E aims at ensuring symmetrical excitation along orthogonal axes X and
Y, but antisymmetrical along axes A to 45 ". To do this, excitation driving electrodes EM + and EM + are arranged along the X axis and supplied with a signal produced by an amplifier-oscillator circuit from a signal taken from the DM electrodes, aligned along the Y axis, so as to excite a resonant vibration mode.

La mesure est effectuée en prélevant un signal sur des électrodes de détection Dc alignées suivant un axe A.The measurement is carried out by taking a signal from detection electrodes Dc aligned along an axis A.

Un tel gyromètre est décrit par exemple dans l'article "The theory of a piezo-electric disk gyroscope" de J.S Burdess et collègues, IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, volume AES-22, n" 4, juillet 1986, page 410. Le circuit d'excitation décrit dans cet article est prévu pour que la plaque vibre suivant un mode radial tel que les déformations de la plaque lors de ses vibrations en résonance l'amènent à prendre des formes extrêmes elliptiques montrées en tirets (avec une amplitude très exagérée pour plus de clarté) sur la figure 1. Such a gyrometer is described for example in the article "The theory of a piezo-electric disk gyroscope" by JS Burdess and colleagues, IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, volume AES-22, n "4, July 1986, page 410 The excitation circuit described in this article is designed so that the plate vibrates in a radial mode such that the deformations of the plate during its vibrations in resonance lead it to take extreme elliptical shapes shown in dashes (with an amplitude very exaggerated for clarity) in Figure 1.

On pourrait, à partir de cette conception de base, concevoir des modes de vibrations d'ordre plus élevés, comprenant, au lieu de deux lobes radiaux, quatre lobes, six lobes ou même davantage. Pour cela, il est nécessaire de placer, dans la boucle comprenant des moyens ampli fi- cateurs-oscillateurs, un filtre à fronts raides, correspondant à la fréquence du mode de vibrations à lobes radiaux que l'on veut réaliser. La ligne en tirets de la figure 2 montre les rapports entre la fréquence des différents modes radiaux et la fréquence de base fO de la plaque, qui correspond à une contraction et une dilatation alternées conservant la forme circulaire.Le mode obtenu avec la disposition d'électrodes montré en figure 1 et mentionné dans l'article ci-dessus est celui à deux lobes, pour lequel la fréquence de résonance est 0,68 fO. One could, from this basic conception, conceive higher order vibration modes, comprising, instead of two radial lobes, four lobes, six lobes or even more. For this, it is necessary to place, in the loop comprising amplifier-oscillator means, a filter with stiff edges, corresponding to the frequency of the mode of vibration with radial lobes which it is desired to achieve. The dashed line in Figure 2 shows the relationship between the frequency of the different radial modes and the base frequency fO of the plate, which corresponds to an alternating contraction and dilation retaining the circular shape. The mode obtained with the arrangement of electrodes shown in Figure 1 and mentioned in the article above is the one with two lobes, for which the resonance frequency is 0.68 fO.

L'étude du fonctionnement d'un gyromètre du genre montré en figure 1, excité de façon à présenter une résonance à lobes radiaux, fait apparaître des inconvénients graves. Pour les montrer, il peut être utile de rappeler les principes de fonctionnement d'un gyromètre vibrant dont l'organe détecteur est une plaque plane vibrant dans son plan, pouvant avoir une périphérie circulaire ou une symétrie de révolution d'ordre 8 ou multiple de huit. The study of the operation of a gyrometer of the kind shown in FIG. 1, excited so as to present a resonance with radial lobes, reveals serious drawbacks. To show them, it may be useful to recall the operating principles of a vibrating gyrometer whose detector member is a flat plate vibrating in its plane, which may have a circular periphery or a symmetry of revolution of order 8 or multiple of eight.

On trouvera également une description d'un tel fonctionnement dans le document EP-A-O 307 321. A description of such an operation is also found in document EP-A-O 307 321.

La plaque vibrante d'un tel gyromètre constitue un double résonnateur vibrant dans son plan sous l'action du champ à variation sînusoidale créé par les électrodes EM dans le cas de la figure 1. Le résonateur "récepteur" est excité, par couplage dû à l'accélération de Coriolis en cas de rotation autour de l'axe sensible Z et donne naissance à une vibration symétrique par rapport à des axes A qui sont les axes d'anti-symétrie du champ moteur. Cela signifie que, dans le cas de la figure 1, le champ d'accélération de
Coriolis sera symétrique par rapport à des axes A et antisymétrique par rapport aux axes X et Y.Si on désigne par
Wr la pulsation de résonance excitée à l'aide des électrodes EM, par n la vitesse de rotation (n ne variant que lentement comparé à w), l'accélération de Coriolis se traduit, pour un point quelconque M du secteur angulaire compris entre un axe de symétrie et un axe d'anti-symétrie du champ moteur par une accélération de la forme γ 2 (M,t) = 2 # # V (M,t)
Dans le cas d'un mode radial de vibration, (conduisant à des déformations du genre montré en figure 1 en l'absence d'accélération de Coriolis), le mode induit par les accélérations de Coriolis est du même type que le mode moteur, mais décalé de a = 45 . Le courant i provenant d'une des électrodes du genre montré en figure 1 peut être calculé et il apparait qu'il est de la forme
i = où A est une constante qui dépend des caractéristiques mécaniques et piézo-electriques de la plaque 12 tandis que J est une intégrale, sur toute la surface S de l'électrode, de la forme f I (611 + 422) dS où les 8 désignent les déformations relatives au point courant M.The vibrating plate of such a gyrometer constitutes a double resonator vibrating in its plane under the action of the field with a sinusoidal variation created by the EM electrodes in the case of FIG. 1. The "receiver" resonator is excited, by coupling due to the Coriolis acceleration in the event of rotation around the sensitive axis Z and gives rise to a symmetrical vibration with respect to axes A which are the anti-symmetry axes of the motor field. This means that, in the case of FIG. 1, the acceleration field of
Coriolis will be symmetrical with respect to the A axes and asymmetric with respect to the X and Y axes.
Wr the resonant pulsation excited by means of the electrodes EM, by n the speed of rotation (n varying only slowly compared to w), the acceleration of Coriolis is translated, for any point M of the angular sector ranging between a axis of symmetry and an axis of anti-symmetry of the motor field by an acceleration of the shape γ 2 (M, t) = 2 # # V (M, t)
In the case of a radial mode of vibration, (leading to deformations of the kind shown in FIG. 1 in the absence of Coriolis acceleration), the mode induced by Coriolis accelerations is of the same type as the motor mode, but offset by a = 45. The current i coming from one of the electrodes of the kind shown in FIG. 1 can be calculated and it appears that it is of the form
i = where A is a constant which depends on the mechanical and piezoelectric characteristics of the plate 12 while J is an integral, over the entire surface S of the electrode, of the form f I (611 + 422) dS where the 8 designate the deformations relative to the current point M.

L'application de cette formule à des électrodes du genre montré en figure 1 montre que les électrodes DM, alignées suivant un axe de symétrie du champ moteur, sont effectivement insensibles au champ de Coriolis Uc = 2Qn/ et sont sensibles au champ moteur. Réciproquement, il apparait que les électrodes Dc, alignées suivant un axe d'antisymétrie du champ moteur, sont insensibles à ce dernier. The application of this formula to electrodes of the kind shown in FIG. 1 shows that the DM electrodes, aligned along an axis of symmetry of the motor field, are effectively insensitive to the Coriolis field Uc = 2Qn / and are sensitive to the motor field. Conversely, it appears that the electrodes Dc, aligned along an axis of asymmetry of the motor field, are insensitive to the latter.

Mais cette même analyse montre encore que l'intégrale J est nulle au premier ordre pour le mode radial de déformation en ellipse, car k22 = - i 11 en tout point courant M. En conséquence, l'information obtenue sur le champ de Coriolis par détection à partir des électrodes DC ne provient que de phénomènes du second ordre. But this same analysis also shows that the integral J is zero at the first order for the radial mode of deformation in ellipse, because k22 = - i 11 at any current point M. Consequently, the information obtained on the Coriolis field by detection from the DC electrodes comes only from second order phenomena.

La présente invention vise notamment à fournir un gyromètre du type ci-dessus défini, répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique, notamment en ce qu'il permet de réaliser un mode de vibration plus stable et plus significatif. The present invention aims in particular to provide a gyrometer of the type defined above, responding better than those previously known to the requirements of practice, in particular in that it makes it possible to achieve a more stable and more significant mode of vibration.

Dans ce but, l'invention propose un gyromètre caractérisé par un circuit d'alimentation des électrodes d'excitation de la plaque à la résonance qui est prévu pour donner à la plaque une résonance à lobes tangentiels. To this end, the invention provides a gyrometer characterized by a circuit for feeding the excitation electrodes of the plate at resonance which is provided to give the plate a resonance with tangential lobes.

Ce résultat peut aisément être atteint du fait que la fréquence de résonance pour le mode tangentiel à deux lobes est pratiquement double de la fréquence de résonance pour le mode radial. I1 suffit en conséquence de prévoir, dans le circuit d'excitation, au moins un composant assurant un filtrage passe-haut. A titre d'exemple, on peut indiquer que la fréquence de résonance pour un mode radial à deux lobes (déformation en ellipse) est égale à 0,68 f0, où fO est la fréquence du mode en expansion et contraction sans changement de forme, tandis que la fréquence du mode tangentiel correspondant est égale à 1,23 fO. C'est ce mode qui tendra spontanément à s'établir dans le cas d'électrodes d'excitation alimentées en phase et alignées suivant un axe X.C'est ce même mode qui sera renforcé dans le cas où on alimente, en opposition de phase avec les premières électrodes d'excitation, un second jeu d'électrodes alignées suivant une direction Y à 90" de l'axe d'alignement des premières électrodes d'excitation. This result can easily be achieved because the resonant frequency for the tangential two-lobe mode is almost double the resonant frequency for the radial mode. I1 therefore suffices to provide, in the excitation circuit, at least one component ensuring high-pass filtering. As an example, we can indicate that the resonance frequency for a two-lobe radial mode (elliptical deformation) is equal to 0.68 f0, where fO is the frequency of the expanding and contracting mode without changing shape, while the frequency of the corresponding tangential mode is equal to 1.23 fO. It is this mode which will spontaneously tend to be established in the case of excitation electrodes supplied in phase and aligned along an axis X. It is this same mode which will be reinforced in the case where one supplies, in opposition to phase with the first excitation electrodes, a second set of electrodes aligned in a direction Y at 90 "from the alignment axis of the first excitation electrodes.

L'invention propose également un certain nombre de dispositions secondaires, avantageusement utilisables en liaison avec les précédentes, mais pouvant l'être indépendamment. En particulier, pour limiter le couplage parasite entre électrodes d'excitation et électrodes de détection, l'invention propose de disposer des électrodes de garde autour des électrodes de détection. The invention also proposes a certain number of secondary arrangements, advantageously usable in conjunction with the previous ones, but which can be used independently. In particular, to limit the parasitic coupling between excitation electrodes and detection electrodes, the invention proposes to have guard electrodes around the detection electrodes.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode particulier de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif, et de la comparaison qui en est faite avec un gyromètre de type connu. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels
- la figure 1 est un schéma de principe montrant une disposition possible d'électrodes d'excitation et de détection sur la plaque vibrante d'un gyromètre selon l'art antérieur ;;
- la figure 2 donne le rapport entre les fréquences des divers modes de vibration et la fréquence fO du mode radial fondamental (cercle se déformant en restant un cercle) en fonction de l'ordre du mode
- la figure 3 montre une distribution possible d'électrodes d'excitation et de détection sur la plaque piézo-électrique d'un gyromètre selon l'invention
- la figure 4 montre une construction possible d'un circuit de mesure pouvant être associé à la disposition d'électrodes de la figure 3
- la figure 5 montre un mode de montage possible de la plaque de détection de la figure 3 ;
- la figure 6 montre un mode de vibration en l'absence de rotation.The invention will be better understood on reading the following description of a particular embodiment of the invention, given by way of non-limiting example, and the comparison which is made with a gyrometer of known type. The description refers to the accompanying drawings, in which
- Figure 1 is a block diagram showing a possible arrangement of excitation and detection electrodes on the vibrating plate of a gyrometer according to the prior art;
- Figure 2 gives the relationship between the frequencies of the various vibration modes and the frequency fO of the fundamental radial mode (circle deforming while remaining a circle) as a function of the order of the mode
- Figure 3 shows a possible distribution of excitation and detection electrodes on the piezoelectric plate of a gyrometer according to the invention
- Figure 4 shows a possible construction of a measurement circuit which can be associated with the arrangement of electrodes of Figure 3
- Figure 5 shows a possible mounting mode of the detection plate of Figure 3;
- Figure 6 shows a vibration mode in the absence of rotation.

L'organe détecteur pour gyromètre montré en figure 3 est constitué par une plaque 12 de section circulaire, en matériau piézo-électrique, liée à la structure, dont la vitesse de rotation est à mesurer, en une ou des régions qui constituent des noeuds du mode de vibration que donnent à la plaque les électrodes qu'elle porte et le circuit associé. En particulier, on peut adopter un mode de fixation central du genre montré en figure 5. L'organe support de la plaque mince 12 est constitué par une embase 14 en matériau à faible coefficient de dilatation, par exemple en "Invar", ayant un prolongement tubulaire central 16 qui s'engage dans un trou central de la plaque 12 et peut être collé à cette dernière.Cette disposition permet en particulier d'effectuer les liaisons, entre les électrodes qui seront décrites plus loin et une plaquette 18 portant le circuit d'excitation et de détection, par des fils 20 passant dans l'axe. The detector member for a gyrometer shown in FIG. 3 consists of a plate 12 of circular section, made of piezoelectric material, linked to the structure, the speed of rotation of which is to be measured, in one or more regions which constitute nodes of the mode of vibration given to the plate by the electrodes it carries and the associated circuit. In particular, it is possible to adopt a central fixing method of the kind shown in FIG. 5. The support member of the thin plate 12 is constituted by a base 14 made of a material with a low coefficient of expansion, for example of "Invar", having a central tubular extension 16 which engages in a central hole in the plate 12 and can be glued to the latter. This arrangement makes it possible in particular to make the connections between the electrodes which will be described below and a plate 18 carrying the circuit excitation and detection, by wires 20 passing in the axis.

La plaque 12 est revêtue sur la face arrière (tournée vers le support 14 dans le cas de la figure 5) d'une couche mince de matériau conducteur. Elle peut être continue, ce qui constitue une solution simple. La couche mince peut également être fractionnée de façon à reproduire la géométrie des électrodes portées par la face avant, pour assurer une symétrie mécanique et une symétrie des lignes de force des champs électriques, favorables à la réduction des modes parasites. Dans ce cas, les diverses fractions seront généralement toutes portées au même potentiel de masse. The plate 12 is coated on the rear face (facing the support 14 in the case of Figure 5) with a thin layer of conductive material. It can be continuous, which is a simple solution. The thin layer can also be split so as to reproduce the geometry of the electrodes carried by the front face, to ensure mechanical symmetry and symmetry of the lines of force of the electric fields, favorable to the reduction of the parasitic modes. In this case, the various fractions will generally all be brought to the same mass potential.

Les électrodes d'excitation du champ moteur sont prévues, dans le cas montré en figure 3, pour donner à la plaque un mode de vibration à deux modes tangentiels dont la fréquence est égale à 1,23 fO = 1,23 Np/D, comme cela apparait sur la ligne en traits pleins de la figure 2. Dans cette formule, Np désigne la constante de fréquence radiale d'un disque de diamêtre D, de sorte que la fréquence f0 de résonance radiale (cercle se déformant par dilatation et contraction globale) est égale à Np/D. The motor field excitation electrodes are provided, in the case shown in FIG. 3, to give the plate a vibration mode with two tangential modes, the frequency of which is equal to 1.23 fO = 1.23 Np / D, as it appears on the solid line in Figure 2. In this formula, Np denotes the radial frequency constant of a disc of diameter D, so that the frequency f0 of radial resonance (circle deforming by expansion and contraction overall) is equal to Np / D.

Le disque montré en figure 3 comprend des électrodes d'excitation du champ moteur EM alignées suivant la direction X. Pour équilibrer le système vibrant, tout en respectant l'antisymétrie de l'excitation par rapport aux axes A placés à 45" par rapport aux axes X et Y du champ moteur, la plaque 12 porte deux électrodes d'excitation EM excitées en opposition de phase par rapport aux électrodes
EM+. On réalise donc une excitation équilibrée qu'on peut qualifier de push-pull.The disc shown in FIG. 3 includes excitation electrodes of the motor field EM aligned in the direction X. To balance the vibrating system, while respecting the asymmetry of the excitation with respect to the axes A placed at 45 "from the axes X and Y of the motor field, the plate 12 carries two excitation electrodes EM excited in phase opposition relative to the electrodes
EM +. We therefore achieve a balanced excitation that can be called push-pull.

Cette utilisation des électrodes placées à 90 des électrodes EM+ écarte la possibilité d'utiliser une boucle d'oscillation du genre montré en figure 1, puisqu'il n' existe plus d'électrodes DM. De telles électrodes peuvent être ajoutées à l'intérieur ou l'extérieur des électrodes
EM+ dans le sens radial.This use of the electrodes placed at 90 from the EM + electrodes eliminates the possibility of using an oscillation loop of the kind shown in FIG. 1, since there are no longer any DM electrodes. Such electrodes can be added inside or outside the electrodes
EM + in the radial direction.

La disposition d'électrodes décrite ci-dessus provoque la vibration de la plaque de façon antisymétrique suivant la direction A à 45" des axes X et Y (axes de symétrie du champ moteur). La plaque 12 porte deux jeux d'électrodes de détection du champ de Coriolis Dc+ et Dc-, alignées suivant deux axes à 45" permettant de mesurer l'amplitude des contraintes induites par les forces de
Coriolis et proportionnelles à la vitesse de rotation de la plaque autour de l'axe Z perpendiculaire à son plan et qui constitue donc l'axe sensible.The arrangement of electrodes described above causes the plate to vibrate asymmetrically in the direction A at 45 "from the axes X and Y (axes of symmetry of the motor field). The plate 12 carries two sets of detection electrodes of the Coriolis field Dc + and Dc-, aligned along two axes at 45 "to measure the amplitude of the stresses induced by the forces of
Coriolis and proportional to the speed of rotation of the plate around the Z axis perpendicular to its plane and which therefore constitutes the sensitive axis.

Les électrodes représentées sont de forme générale triangulaire, de même surface, prolongées vers l'intérieur par des plots facilitant la soudure de fils de raccordement avec le circuit de mesure. D'autres formes pourraient être utilisées. The electrodes shown are of generally triangular shape, of the same surface, extended inwards by studs facilitating the welding of connection wires with the measurement circuit. Other forms could be used.

Comme on l'a indiqué plus haut, la présence d'éiectrodes d'excitation du champ moteur suivant les deux directions X et Y ne permet pas d'utiliser une boucle d'asservissement à la résonance et de stabilisation d'amplitude du genre montré en figure 1. Pour permettre la détection sans prévoir des électrodes comparables aux électrodes DM de la figure 1, chaque électrode de détection du champ de
Coriolis peut être séparée en deux parties symétriques par rapport aux directions A, à 45" des axes X et Y. Comme on l'a vu plus haut, la somme des courants reçue par deux moitiés, par exemple DCî+ et DC2+ n'est sensible qu'au champ de Coriolis.En revanche, la différence n'est sensible qu'au champ moteur et permettra de fournir un signal d'entrée à une boucle d'asservissement qui maintient le champ moteur à une amplitude constante de façon que les sommes des signaux fournies par les électrodes DC fournissent une représentation directe de la vitesse de rotation n.As indicated above, the presence of motor field excitation electrodes in both directions X and Y does not allow the use of a resonance servo loop and amplitude stabilization of the kind shown in FIG. 1. To allow detection without providing electrodes comparable to the DM electrodes in FIG. 1, each field detection electrode
Coriolis can be separated into two symmetrical parts with respect to directions A, 45 "from the X and Y axes. As we saw above, the sum of the currents received by two halves, for example DCî + and DC2 + is sensitive only to the Coriolis field. On the other hand, the difference is only sensitive to the motor field and will make it possible to provide an input signal to a control loop which maintains the motor field at a constant amplitude so that the are signals supplied by the DC electrodes providing a direct representation of the rotational speed n.

Il peut exister un couplage capacitif parasite entre les électrodes d'excitation et les électrodes de détection, que la disposition des électrodes soit celle montrée en figure 3 ou une autre disposition, notamment l'une de celles déjà connues. There may be a parasitic capacitive coupling between the excitation electrodes and the detection electrodes, whether the arrangement of the electrodes is that shown in FIG. 3 or another arrangement, in particular one of those already known.

L'invention propose, à titre secondaire, pour éliminer ou du moins réduire de façon très notable ce couplage, d'entourer chaque électrode de détection d'une électrode de garde placée à la masse. The invention proposes, on a secondary basis, to eliminate or at least significantly reduce this coupling, by surrounding each detection electrode with a grounding guard electrode.

Dans le cas particulier montré en figure 3, toutes ces électrodes de garde sont regroupées sous forme de pistes radiales métallisées 22 réparties à intervalles angulaires réguliers, placées chacune entre deux électrodes de mesure ou d'excitation successives. Toutes les pistes 22 sont reliées entre elles par une piste circulaire centrale 24 qui peut facilement être mise à la masse par un fil passant par le trou central de la plaque. In the particular case shown in FIG. 3, all of these guard electrodes are grouped together in the form of metallized radial tracks 22 distributed at regular angular intervals, each placed between two successive measurement or excitation electrodes. All tracks 22 are connected together by a central circular track 24 which can easily be grounded by a wire passing through the central hole of the plate.

La disposition qui vient d'être décrite fournit un gain de performance notable par rapport à la disposition classique d'électrodes, les signaux SM de détection du champ moteur et Sc de détection du champ de Coriolis résultant de la sommation de courants provenant de plages individuelles où ne se présente pas le problème de déformations se contrecarrant l'une l'autre pour fournir le courant de sortie. The arrangement which has just been described provides a significant performance gain compared to the conventional arrangement of electrodes, the signals SM for detecting the motor field and Sc for detecting the Coriolis field resulting from the summation of currents from individual ranges. where there is no problem of distortions counteracting each other to provide the output current.

Au surplus, la présence d'un anneau de garde dans un mode avantageux de réalisation permet de supprimer les couplages parasites et l'excitation de type push-pull garantit une symétrie de fonctionnement. In addition, the presence of a guard ring in an advantageous embodiment makes it possible to eliminate parasitic couplings and the excitation of the push-pull type guarantees symmetry of operation.

Le circuit d'excitation et de mesure associé à la plaque 12 peut avoir la constitution montrée en figure 4. The excitation and measurement circuit associated with the plate 12 can have the constitution shown in FIG. 4.

Les signaux de tension prélevés sur les électrodes DCltt DC1 DC2+ et DC2 sont appliqués chacun à un préamplificateur d'entrée 24. Les signaux amplifiés sont appliqués aux entrées d'amplificateurs opérationnels différentiels 26 et 28 montés de telle façon que l'amplificateur 26 fournisse la somme des signaux provenant de Dol + et Du2 +, moins la somme des signaux provenant de DC2 et DC1 , En conséquence, la sortie de l'amplificateur 26 est représentative du champ moteur. Cette sortie alimente une boucle d'excitation à la résonance et de stabilisation de puissance, comprenant un amplificateur prévu pour maintenir le courant représentatif du champ moteur à une valeur de consigne.Cet amplificateur 30 attaque les électrodes EM par l'intermédiaire d'un amplificateur inverseur et les électrodes EM+ par l'intermédiaire d'un second amplicateur opérationnel identique au premier. La bande passante d'au moins un des étages du circuit doit être prévue pour favoriser la fréquence du mode à exciter, ici le mode à deux lobes tangentiels conduisant, en l'absence de rotation, à des déformations du genre montré en figure 6. The voltage signals taken from the electrodes DCltt DC1 DC2 + and DC2 are each applied to an input preamplifier 24. The amplified signals are applied to the inputs of differential operational amplifiers 26 and 28 mounted in such a way that the amplifier 26 provides the sum of the signals coming from Dol + and Du2 +, minus the sum of the signals coming from DC2 and DC1, Consequently, the output of the amplifier 26 is representative of the motor field. This output feeds a resonance excitation and power stabilization loop, comprising an amplifier provided to maintain the current representative of the motor field at a set value. This amplifier 30 attacks the EM electrodes via an amplifier inverter and the EM + electrodes via a second operational amplifier identical to the first. The bandwidth of at least one of the stages of the circuit must be provided to favor the frequency of the mode to be excited, here the mode with two tangential lobes leading, in the absence of rotation, to deformations of the kind shown in FIG. 6.

Le second amplificateur différentiel 28 fournit un signal qui, après démodulation a une valeur représentative de l'amplitude des vibrations dues au champ de Coriolis. Ce second amplificateur 28 est monté de façon que sa sortie soit représentative de la somme des courants fournies par
DCl+ et DC2- I moins la somme des courants fournies par DCl et DC2+. The second differential amplifier 28 supplies a signal which, after demodulation has a value representative of the amplitude of the vibrations due to the Coriolis field. This second amplifier 28 is mounted so that its output is representative of the sum of the currents supplied by
DCl + and DC2- I minus the sum of the currents supplied by DCl and DC2 +.

Le circuit peut être complété par des moyens d'asservissement du genre décrit dans le document
EP-A-O 307 321 déjà mentionné, permettant de maintenir à une valeur constante la vibration de la plaque. The circuit can be completed by servo means of the kind described in the document
EP-AO 307 321 already mentioned, allowing the vibration of the plate to be kept at a constant value.

Claims

1. Piezoelectric vibrating gyrometer, the detector member (10) of which is constituted by a substantially planar plate (12) constituting at least 8-fold symmetry consisting at least for the most part of piezoelectric material and the two large faces of which bear both electrodes (EM) for excitation of the plate at resonance, regularly distributed around the axis of the plate, and electrodes (DC) for detecting vibrations of the plate, located in the same plane as the excitation electrodes and placed so as to detect the stresses caused by the motor field due to the excitation electrodes (EM) and by the Coriolis field when the plate rotates around the sensitive axis, constituted by its axis,

characterized by a circuit for supplying the electrodes (EM) to excite the plate at resonance which is designed to give the plate (12) a resonance with tangential lobes.

2. Gyrometer according to claim 1, characterized in that the excitation electrodes comprise pairs of electrodes (EM +) excited in phase opposition with respect to other pairs of electrodes (EM-) equidistant from the first electrodes and arranged between them.

3. Gyrometer according to claim 2, characterized in that one of the couples is placed along a first axis (X) while the other couple is placed along an axis (Y) orthogonal to the first, so as to cause a mode of vibration with two tangential lobes.

4. Gyrometer according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the excitation circuit comprises at least one high-pass filtering component.

5. Gyrometer according to any one of the preceding claims, characterized by guard electrodes (22, 24) surrounding the detection electrodes (DC).

6. A gyrometer according to claim 2, characterized in that the detection electrodes aligned in pairs along the axes of asymmetry of the motor field are divided into two parts each placed on one side of the motor field, and in that the field of Coriolis is measured by adding the currents supplied by the two parts while the motor field is measured by making the difference between the currents supplied by the two parts.