<Desc/Clms Page number 1>
Dispositif de repérage de la position angulaire d'un organe tournant et appareil gyroscopique qui en est équipé.
La présente invention concerne un dispositif de repérage de position angulaire de rotation, autour d'un axe de rotation, d'un organe tournant supporté par l'intermédiaire de moyens de suspension agencés pour autoriser un pivotement du susdit axe de rotation au moins dans un plan diamétral autour d'un axe de pivotement s'étendant diamétralement par rapport à l'organe tournant, des moyens électriques de repérage de position angulaire de pivotement étant en outre prévus entre lesdits moyens de suspension et une partie de support fixe ; l'invention concerne aussi, l'application d'un tel dispositif, notamment, à un appareil gyroscopique.
Dans des appareils équipés d'un organe tournant autour d'un axe de rotation lui-même susceptible d'être animé d'un mouvement de pivotement autour d'un axe diamétral, il peut être souhaitable, outre de détecter l'importance angulaire du pivotement précité, de repérer également la position angulaire de l'organe tournant au cours de sa rotation autour de son axe de rotation. Il peut s'agir par exemple d'assurer une détection de la vitesse de rotation de l'organe tournant afin de réguler cette vitesse ou d'utiliser cette information à d'autres fins, par exemple pour asservir le fonctionnement d'autres organes à cette vitesse de rotation.
Pour certaines applications ou dans certains types d'appareils où la place disponible est très réduite, il n'apparaît pas possible de mettre en place un
<Desc/Clms Page number 2>
circuit de détection de vitesse de rotation de l'organe tournant qui soit relié électriquement de façon indépendante à des circuits extérieurs de réception de l'information détectée, alors qu'il existe déjà une liaison électrique véhiculant l'information de position angulaire de pivotement de l'axe de rotation de l'organe tournant. L'adjonction d'une liaison électrique supplémentaire entraînerait un accroissement de poids et/ou un encombrement inacceptable, et surtout les conducteurs électriques de liaison deviendraient en nombre suffisamment important pour risquer de gêner de façon significative le libre pivotement de l'organe tournant.
Une telle sujétion serait inacceptable dans des appareils de haute précision, tels que des appareils gyroscopiques.
L'invention a donc essentiellement pour but de proposer un agencement particulier qui autorise la détection et la transmission de toutes les informations nécessaires au contrôle du fonctionnement de l'organe tournant sans pour autant accroître les contraintes risquant de s'opposer à un fonctionnement convenable dudit organe tournant, en particulier sans gêner le libre débattement dudit organe tournant.
A cette fin, un dispositif de repérage de la position angulaire d'un organe tournant lors de sa rotation autour de son axe de rotation se caractérise en ce qu'il comprend en outre, d'une part, des moyens électriques de repérage de position angulaire de rotation de l'organe tournant qui sont connectés en série avec les susdits moyens électriques de repérage de position angulaire de pivotement, dans le circuit électrique de ces derniers, et, d'autre part, des moyens de traitement de signal qui reçoivent le signal composite issu du susdit montage en série et qui sont agencés pour séparer, dans ce signal composite, un signal de position angulaire de rotation de l'organe tournant autour de son axe de rotation et un signal de position angulaire de pivotement de l'axe de rotation de l'organe tournant.
<Desc/Clms Page number 3>
Grâce à cet agencement, il n'est nécessaire de véhiculer qu'un seul et unique signal électrique, cidessus dénommé signal composite, qui contient les informations de position angulaire de pivotement et les informations de position angulaire de rotation combinées ensemble. Il n'est donc pas nécessaire d'adjoindre au montage des conducteurs électriques pour transmettre un signal spécifique de position angulaire de rotation, et ce sont les conducteurs électriques déjà en place pour la transmission du signal de position angulaire de pivotement qui sont utilisés à cette fin. Du fait que le nombre de fils conducteurs n'est pas accru, il n'en résulte aucune influence perturbatrice sur la mobilité de pivotement de l'axe de rotation de l'organe tournant.
Dans les cas les plus usuels, par exemple dans les appareils gyroscopiques, le pivotement de l'axe de rotation s'effectue en général de façon relativement peu rapide et le signal correspondant est un signal analogique ayant un spectre de fréquences basses, tandis que la rotation de l'organe tournant s'effectue à une vitesse assez élevée (par exemple plusieurs centaines de tours par seconde) et le signal représentatif de la position angulaire de l'organe tournant est à variations en général relativement rapides, par exemple du type impulsionnel ;
il est alors facile de traiter le signal composite obtenu en faisant comporter aux moyens de traitement dudit signal des moyens de filtrage passe-bas fournissant en sortie le susdit signal de position angulaire de pivotement et des moyens de filtrage passe-bande ou passe-haut fournissant en sortie le susdit signal de position angulaire de rotation.
Dans un mode de réalisation préféré, les moyens électriques de repérage de position angulaire de rotation de l'organe tournant comprennent au moins un aimant permanent ou analogue porté par l'organe tournant et au moins une bobine électrique portée par les moyens
<Desc/Clms Page number 4>
de suspension de manière que ladite bobine soit située au voisinage immédiat de la trajectoire suivie par le susdit aimant, cette bobine étant incluse dans le circuit électrique des moyens électriques de repérage de position angulaire de pivotement de l'axe de rotation de l'organe tournant.
Avantageusement, les moyens électriques de repérage de position angulaire de pivotement de l'axe de rotation de l'organe tournant sont des moyens potentiométriques solidaires de l'axe de pivotement diamétral.
Dans un exemple de réalisation courant, utilisé en particulier dans les appareils gyroscopiques, les moyens de suspension sont des moyens de suspension à la Cardan comportant deux cadres pivotant autour de deux axes de pivotement sensiblement orthogonaux, des moyens électriques de repérage de position angulaire de pivotement étant associés à chacun des deux axes de pivotement. Dans ce cas, il est souhaitable, en vue d'obtenir une réalisation simple, que les moyens électriques de repérage de position angulaire de rotation de l'organe tournant soient inclus dans le circuit électrique des moyens électriques de repérage de position angulaire de pivotement du cadre extérieur des moyens de suspension à la Cardan.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit d'un mode de réalisation préféré donné uniquement à titre d'exemple illustratif et non limitatif ; dans cette description, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels :
La figure 1 est une vue très schématisée d'une partie d'appareil, tel que le coeur d'un appareil gyroscopique, agencé conformément à l'invention, et montré en perspective avec arrachement partiel, les organes non concernés par l'invention n'étant pas représentés par soucis de simplification et de clarté du dessin ;
La figure 2 est un schéma électrique repré-
<Desc/Clms Page number 5>
sentant un dispositif conforme à l'invention inclus dans l'appareil de la figure 1 ;
et
Les figures 3A à 3C sont trois graphiques représentant à titre d'exemple les trois signaux électriques présents en trois points du circuit de la figure
EMI5.1
2.
La figure 1, à laquelle on se réfère tout d'abord, montre par exemple la partie centrale d'un appareil gyroscopique possédant un rotor 1 supporté à rotation, par l'intermédiaire de roulements 2, par une couronne 3. La couronne 3, coaxiale et concentrique au rotor 1, constitue le cadre extérieur d'une suspension à la Cardan qui est supporté à rotation, par des tronçons d'axes 4, par un cadre intérieur 5 lui-même supporté à rotation par des tronçons d'axes 6 (perpendiculaires aux tronçons d'axes 4), portés par un mât fixe 7 solidaire du bâti de l'appareil.
On peut noter que les axes 4 et 6 s'étendent selon deux directions orthogonales diamétrales de la couronne 3 et ces deux directions sont ellesmêmes perpendiculaires à l'axe longitudinal 7a du mât fixe 7 ; de ce fait la rotation du rotor 1 s'effectue autour de l'axe A qui est l'axe de rotation ou axe de spin de l'appareil gyroscopique et le rotor 1 peut subir des dépointages angulaires par pivotement autour de son centre de pivotement 0 (point de concours des axes 7a, 6 et 4).
Un des tronçons d'axes 4 est supporté à rotation, à une de ses extrémités, par un codeur angulaire 8 fixé sur la couronne 3, ce codeur angulaire étant un dispositif potentiométrique fournissant un signal électrique représentatif de l'angle de pivotement de la couronne 3 autour de l'axe 4 par rapport à une position de référence. De la même manière un autre codeur angulaire 9 est interposé entre une extrémité d'un tronçon d'axe 6 et le cadre intérieur pour fournir un second signal électrique représentatif de l'angle de pivotement du cadre intérieur 5 autour de l'axe 6 par rapport à une
<Desc/Clms Page number 6>
position de référence.
Par ailleurs, conformément à l'invention, le rotor 1 supporte un aimant permanent 10 qui, au cours de la rotation du rotor 1, décrit une trajectoire circulaire située en regard d'un capteur 11 porté par la couronne 3.
Comme représenté sur la figure 2 (sur laquelle les organes visibles sur la figure 1 sont affectés des mêmes références numériques), le capteur 11 est consti- tué par une bobine électrique montée en série avec le codeur angulaire 8 précité. Autrement dit, le codeur 8 comprend une piste résistive 12 dont les bornes sont re- liées, par deux conducteurs 13 et 14, à deux bornes de tension +U et-U, respectivement, extérieures à l'appa- reil. Un curseur mobile en rotation, solidaire de l'axe 4, comporte un premier contact mobile 15, portant sur la piste résistive 12, qui est relié à une borne de la bobine 11, tandis que l'autre borne de celle-ci est reliée à un second contact mobile 16 du curseur.
Le contact mobile 16 porte sur une piste conductrice 17 qui est reliée par un conducteur 18 à une borne de sortie connectée à un filtre passe-bas 19 et à un filtre passe-bande ou passe-haut 20.
Au cours de la rotation du rotor 1, chaque pas- sage de l'aimant 10 en regard de la bobine 11 engendre, dans le circuit électrique dans lequel celle-ci est in- cluse, un signal impulsionnel qui se superpose au signal analogique représentatif de la valeur angulaire du pivo- tement de la couronne 3 par rapport à sa position de ré- férence. Le signal de sortie U ou signal composite s véhicule donc les deux informations relatives, d'une part, au pivotement de la couronne 3 autour de l'axe diamétral 4, et d'autre part, à la position angulaire du rotor au cours de sa rotation. Le signal U peut avoir l'aspect représenté à la figure 3A.
<Desc/Clms Page number 7>
EMI7.1
A la sortie du filtre passe-bas 19 qui reçoit le signal U, on recueille la composante basse fréquence o présente dans ledit signal U, autrement dit le signal S1 représentatif du pivotement de la couronne 3, tandis qu'en sortie du filtre passe-bande ou passe-haut 20 qui reçoit également le signal U, on recueille la compos sante haute fréquence présente dans le signal U, autrement dit le signal 52 représentatif de la rotation du rotor 1 autour de son axe de rotation A.
La durée T séparant deux impulsions successives du signal 52 représente la période de rotation du rotor 1 et ce signal 52 peut ainsi être utilisé de toute façon appropriée, par exemple pour servir de référence de fréquence pour d'autres circuits périphériques et/ou pour assurer une régulation de la vitesse de rotation du rotor.
Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus particulièrement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes.
<Desc / Clms Page number 1>
Device for locating the angular position of a rotating member and gyroscopic device equipped therewith.
The present invention relates to a device for locating the angular position of rotation, about an axis of rotation, of a rotating member supported by means of suspension means arranged to allow the above-mentioned axis of rotation to pivot at least in one diametral plane about a pivot axis extending diametrically relative to the rotating member, electrical means for locating the angular pivot position being further provided between said suspension means and a fixed support part; the invention also relates to the application of such a device, in particular to a gyroscopic device.
In devices equipped with a member rotating around an axis of rotation itself capable of being pivoted about a diametrical axis, it may be desirable, in addition to detecting the angular importance of the aforementioned pivoting, also to identify the angular position of the rotating member during its rotation about its axis of rotation. This may, for example, involve detecting the speed of rotation of the rotating member in order to regulate this speed, or use this information for other purposes, for example to control the operation of other members to this rotational speed.
For certain applications or in certain types of devices where the available space is very limited, it does not appear possible to set up a
<Desc / Clms Page number 2>
circuit for detecting the speed of rotation of the rotary member which is electrically connected independently to external circuits for receiving the detected information, while there is already an electrical connection carrying the information on the angular position of pivoting of the axis of rotation of the rotating member. The addition of an additional electrical connection would lead to an unacceptable increase in weight and / or bulk, and above all the electrical connection conductors would become large enough to risk significantly hampering the free pivoting of the rotating member.
Such subjection would be unacceptable in high precision devices, such as gyroscopic devices.
The object of the invention is therefore essentially to propose a particular arrangement which allows the detection and transmission of all the information necessary for controlling the operation of the rotating member without, however, increasing the stresses liable to oppose proper operation of the said device. rotating member, in particular without interfering with the free movement of said rotating member.
To this end, a device for locating the angular position of a member rotating during its rotation about its axis of rotation is characterized in that it further comprises, on the one hand, electrical means for locating position angular rotation of the rotating member which are connected in series with the aforesaid electrical means for locating angular pivot position in the electrical circuit of the latter, and, on the other hand, signal processing means which receive the composite signal resulting from the above series connection and which are arranged to separate, in this composite signal, an angular position signal of rotation of the member rotating about its axis of rotation and an angular position signal of pivoting of the axis of rotation of the rotating member.
<Desc / Clms Page number 3>
Thanks to this arrangement, it is only necessary to convey a single electrical signal, above called the composite signal, which contains the information of angular position of pivoting and the information of angular position of rotation combined together. It is therefore not necessary to add to the assembly of the electrical conductors to transmit a specific signal of angular position of rotation, and it is the electrical conductors already in place for the transmission of the signal of angular position of rotation which are used for this. end. Because the number of conducting wires is not increased, this does not result in any disturbing influence on the pivoting mobility of the axis of rotation of the rotary member.
In the most usual cases, for example in gyroscopic devices, the pivoting of the axis of rotation is generally carried out relatively quickly and the corresponding signal is an analog signal having a low frequency spectrum, while the rotation of the rotating member takes place at a fairly high speed (for example several hundred revolutions per second) and the signal representative of the angular position of the rotating member is generally relatively rapid, for example of the pulse type ;
it is then easy to process the composite signal obtained by having the means for processing said signal include low-pass filtering means supplying the above-mentioned angular pivot position signal and bandpass or high-pass filtering means providing at output the above signal of angular position of rotation.
In a preferred embodiment, the electrical means for locating the angular position of rotation of the rotating member comprise at least one permanent magnet or the like carried by the rotating member and at least one electric coil carried by the means
<Desc / Clms Page number 4>
of suspension so that said coil is located in the immediate vicinity of the path followed by the aforesaid magnet, this coil being included in the electrical circuit of the electrical means for locating the angular position of pivoting of the axis of rotation of the rotary member .
Advantageously, the electrical means for locating the angular position of pivoting of the axis of rotation of the rotary member are potentiometric means integral with the diametrical pivot axis.
In a common embodiment, used in particular in gyroscopic devices, the suspension means are Cardan suspension means comprising two frames pivoting around two substantially orthogonal pivot axes, electrical means for locating angular pivot position being associated with each of the two pivot axes. In this case, it is desirable, with a view to obtaining a simple embodiment, for the electrical means for locating the angular position of rotation of the rotary member to be included in the electrical circuit of the electrical means for locating the angular position in which the pivoting position is external frame of the Cardan suspension means.
The invention will be better understood on reading the following detailed description of a preferred embodiment given solely by way of illustrative and nonlimiting example; in this description, reference is made to the appended drawings, in which:
FIG. 1 is a very diagrammatic view of part of an apparatus, such as the heart of a gyroscopic apparatus, arranged in accordance with the invention, and shown in perspective with partial cutaway, the organs not concerned by the invention n 'not being represented for the sake of simplification and clarity of the drawing;
FIG. 2 is an electrical diagram represented
<Desc / Clms Page number 5>
feeling a device according to the invention included in the apparatus of Figure 1;
and
FIGS. 3A to 3C are three graphs representing by way of example the three electrical signals present at three points of the circuit of FIG.
EMI5.1
2.
FIG. 1, to which we refer first, shows for example the central part of a gyroscopic device having a rotor 1 supported in rotation, by means of bearings 2, by a crown 3. The crown 3, coaxial and concentric with the rotor 1, constitutes the external frame of a Cardan suspension which is supported in rotation, by sections of axes 4, by an internal frame 5 itself supported in rotation by sections of axes 6 (perpendicular to the axis sections 4), carried by a fixed mast 7 secured to the frame of the device.
It can be noted that the axes 4 and 6 extend in two orthogonal diametrical directions of the crown 3 and these two directions are themselves perpendicular to the longitudinal axis 7a of the fixed mast 7; therefore the rotation of the rotor 1 takes place around the axis A which is the axis of rotation or spin axis of the gyroscopic apparatus and the rotor 1 can undergo angular deflections by pivoting around its center of pivoting 0 (point of competition for axes 7a, 6 and 4).
One of the axis sections 4 is rotatably supported, at one of its ends, by an angular encoder 8 fixed on the crown 3, this angular encoder being a potentiometric device providing an electrical signal representative of the pivoting angle of the crown 3 around the axis 4 relative to a reference position. In the same way another angular encoder 9 is interposed between one end of a section of axis 6 and the inner frame to provide a second electrical signal representative of the pivoting angle of the inner frame 5 around the axis 6 by compared to a
<Desc / Clms Page number 6>
reference position.
Furthermore, in accordance with the invention, the rotor 1 supports a permanent magnet 10 which, during the rotation of the rotor 1, describes a circular path located opposite a sensor 11 carried by the crown 3.
As shown in FIG. 2 (in which the members visible in FIG. 1 are given the same reference numbers), the sensor 11 is constituted by an electric coil connected in series with the above-mentioned angular encoder 8. In other words, the encoder 8 comprises a resistive track 12, the terminals of which are connected, by two conductors 13 and 14, to two voltage terminals + U and -U, respectively, external to the apparatus. A rotating mobile cursor, integral with the axis 4, comprises a first movable contact 15, bearing on the resistive track 12, which is connected to one terminal of the coil 11, while the other terminal of the latter is connected to a second movable contact 16 of the cursor.
The movable contact 16 relates to a conductive track 17 which is connected by a conductor 18 to an output terminal connected to a low-pass filter 19 and to a band-pass or high-pass filter 20.
During the rotation of the rotor 1, each pass of the magnet 10 opposite the coil 11 generates, in the electrical circuit in which it is included, a pulse signal which is superimposed on the representative analog signal of the angular value of the pivoting of the crown 3 with respect to its reference position. The output signal U or composite signal s therefore conveys the two pieces of information relating, on the one hand, to the pivoting of the crown 3 around the diametrical axis 4, and on the other hand, to the angular position of the rotor during its rotation. The signal U can have the appearance shown in FIG. 3A.
<Desc / Clms Page number 7>
EMI7.1
At the output of the low pass filter 19 which receives the signal U, the low frequency component o present in said signal U is collected, in other words the signal S1 representative of the pivoting of the crown 3, while at the output of the pass filter band or high pass 20 which also receives the signal U, the high frequency component present in the signal U is collected, in other words the signal 52 representative of the rotation of the rotor 1 around its axis of rotation A.
The duration T separating two successive pulses of the signal 52 represents the period of rotation of the rotor 1 and this signal 52 can thus be used in any suitable manner, for example to serve as a frequency reference for other peripheral circuits and / or to ensure regulation of the rotational speed of the rotor.
As goes without saying and as it already follows from the above, the invention is in no way limited to those of its modes of application and embodiments which have been more particularly envisaged; on the contrary, it embraces all its variants.