Gyromètre à diapason
L'invention a pour objet un gyromètre à diapason.
Dans certains gyromètres actuellement connus, on utilise des structures comprenant au moins un organe oscillant ou vibrant au lieu des organes rotatifs qui sont employés avec les gyromètres classiques à toupie.
Ces gyromètres sont constitués d'une structure présentant au moins deux modes de vibrations à la mme fréquence F.
La théorie montre qu'il est souhaitable que ces deux modes de vibrations soient parfaitement découplés en l'absence de giration.
D'autre part, chaque mode de vibration doit correspondre à un fonctionnemnt en diapason parfait, c'està-dire à quantité de mouvement et moment cinétique nuls.
Or, un diapason en U ne correspond jamais à un diapason parfait, par contre, deux diapasons en U opposés, c'est-à-dire à structure en H, fournissent un diapason parfait.
Le gyromètre à diapason selon l'invention est caractérisé par le fait qu'il est constitué par la combinaison d'un diapason de torsion et d'un diapason de flexion à lames vibrantes en H, le diapason de torsion comprenant deux organes de torsion constitués chacun par au moins une barre située dans le prolongement l'un de l'autre et réunis dans le plan nodal du diapason, pour former un seul organe déformable portant à ses extrémités deux masses oscillantes en opposition de phase, l'une des masses oscillantes étant constituée par deux lames du diapason à lames vibrantes en H, dont les deux autres lames, portant des organes de captage de giration, sont situées dans ledit plan nodal, les plans desdites lames étant perpendiculaires à l'axe dudit organe déformable du diapason de torsion,
l'ensemble étant fixé sur un support par des tiges centrées dans le plan nodal et s'étendant de part et d'autre des lames vibrantes suivant un axe perpendiculaire à l'axe des lames.
Le dessin annexé illustre, schématiquement et à titre d'exemple, une forme d'exécution et des variantes du gyromètre à diapason selon l'invention.
La fig. 1 est une vue en perspective du gyromètre suivant l'invention.
La fig. 2 est une vue en élévation du gyromètre montrant la déformée du diapason en H.
La fig. 3 est une vue en coupe suivant un plan perpendiculaire à son axe, d'une forme de réalisation d'une des barres déformables du diapason de torsion.
La fig. 4 est une mme vue en coupe que celle représentée à la fig. 3, d'une forme de réalisation de l'autre barre déformable du diapason de torsion.
La fig. 5 est une vue en coupe suivant un plan perpendiculaire à son axe d'une forme de réalisation de l'un des organes déformables du diapason de torsion.
La fig. 6 est une mme vue en coupe que celle représentée à la fig. 1 d'une forme de réalisation de l'un des organes déformables du diapason de torsion.
La fig. 7 est une vue en élévation d'une variante de réalisation du gyromètre.
Le gyromètre représenté à la fig. 1 est constitué par un diapason de torsion comprenant deux organes de torsion en forme de barres 1, la, qui forment les ressorts de torsion et dont les sections, de forme particulière, seront décrites ultérieurement.
Ces barres de torsion 1, la, dans le prolongement l'une de l'autre, sont réunies dans un plan nodal d'oscillation de torsion 2, défini par les axes OX, OY, pour former une seule barre aux extrémités de laquelle sont fixées, d'un côté des lames vibrantes 3, 3a, et de l'autre côté une masse 4. qui constituent les masses du diapason de torsion et qui oscillent en opposition de phase.
L'axe OZ des barres de torsion 1, la, qui est l'axe géométrique de torsion, forme avec les axes OX, PY, un trièdre trirectangle.
Des lames vibrantes S, Sa, solidaires des barres de torsion 1, la, dans leur plan nodal 2, sont respectivement parallèles aux lames vibrantes 3, 3a.
Les lames 3, 3a et S, Sa vibrent dans le plan OX,
OZ, avec encastrement dans le plan OY, OZ. Leurs fréquences fondamentales étant accordées avec la barre de torsion 1, elles constituent un diapason en H, de mme fréquence que le diapason de torsion.
Cette structure est fixée plus ou moins rigidement. sur un support non représenté au dessin, par des tiges 6, 6a centrées dans le plan 2 et s'étendant de part et d'autre des lames S, Sa suivant l'axe OY.
Il est évident que la vibration de torsion n'excite pas les vibrations transversales fondamentales des lames 3, 3a, S, Sa, et réciproquement la vibration transversale de ces lames n'entraîne pas la vibration de torsion.
On peut noter que le raccourcissement des barres de torsion 1. la. à fréquence 2F provoqué par la torsion. n'excite pas un partiel supérieur des lames 3, 3a.
La vibration transversale des lames 3, 3a entraine automatiquement une vibration sympathique des lames
S. Sa. Or. en excitant la vibration de torsion. la vibration transversale des lames 3, 3a apparaît sous l'effet d'une giration autour de l'axe OX. suivant la déformée représentée en trait interrompu à la fig. 2. Les lames 5.
Sa se mettent alors à vibrer avec la mme amplitude que les lames 3. 3a respectivement en opposition de phase.
Sur les lames S, 5a sont collés des organes de captation 7, 7a de la giration.
Ainsi, la giration est captée sur des organes parfaitement au repos en l'absence de giration, parce qu'ils sont situés dans le plan nodal de la vibration de torsion excitée.
Ces organes de captation 7, 7a sont, dans une forme d'exécution préférée, formés par des extensomètres mesurant l'allongement des fibres superficielles sous l'effet de la déformation transversale et sont constitués par des cristaux piézo-électriques collés ou des jauges de contrainte métalliques ou à semi-conducteurs.
L'utilisation d'extensomètres collés et sensibles sur toute la longueur des lames 5, 5a permet d'intégrer tous les signaux correspondant aux partiels supérieurs de la lame, ou de façon plus générale, toutes les composantes à fréquence élevée des bruits transmis par le support du gyromètre, avantages que ne procurent pas les dispositifs généralement utilisés du type capteur ponctuel de déformations, situés en bout de lames. Les jauges de contraintes ont de plus l'intért de constituer des extensomètres parfaitement directifs.
On utilise au besoin quatre jauges collées sur chacune des faces S, Sa, les jauges étant reliées de telle sorte que l'on élimine tout signal provenant d'une déformation contraire à celle imposée par la giration, ce qui se produit notamment pour les vibrations ou chocs dans la direction OZ.
L'excitation du mouvement de torsion est obtenue au moyen de lames ou bilames piézo-électriques 8, 8a, fonctionnant en accéléromètre suivant un dispositif connu, disposées sur la masse 6, non sensible à la giration. L'un des éléments 8 ou 8a fonctionne en capteur,
L'autre en excitateur, le premier étant relié au second par un amplificateur 9.
Le capteur peut encore tre constitué par une ou plusieurs jauges à semi-conducteurs, collées sur les barres de torsion 1 et la. Dans ce cas, les deux éléments 8, 8a fonctionnent en excitateur. Ce mode d'entretien des vibrations de torsion présente encore l'avantage de rendre l'excitation indépendante de vibrations du support.
Dans une forme d'exécution, la barre de torsion 1 est de section cruciforme (fig. 3) pour présenter une grande rigidité à la flexion dans le plan suivant les axes
OX, PY, de telle sorte que cette barre effectue le couplage des lames3 et 3a aux lames 5 et 5a, sans se déformer elle-mme.
Pour éviter qu'une déformation résiduelle en flexion de la barre 1 n'entraîne un mouvement transversal de la masse 6, suivant un mode de réalisation, la barre la est de section rectangulaire (fig. 4) de façon à présenter, contrairement à la barre 1 un faible moment d'inertie à la flexion dans le plan suivant les axes OX. OZ.
Un autre avantage du gyromètre décrit, réside en ce que l'usinage des lames 3. 3a, 5. 5a. peut tre effectué par un mouvement de rotation de la pièce autour de l'axe de torsion OZ. au moyen des points de centre 10 et l0a.
Ainsi, le plan des laines 3 et 3a peut tre parfaitement perpendiculaire à l'axe OZ. ce qui est montré théoriquement comme étant une qualité fondamentale.
De la mme manière. les sections des barres de torsion suivant les fig. 3 et 4. peuvent tre obtenues de façon rigoureuse, par retournement, à partir des mmes points de centre. L'ensemble de la structure peut tre réalisé à partir d'un seul bloc de matière, ce qui présente des avantages bien connus.
Suivant un autre mode de réalisation. on peut adjoindre un dispositif d'amortissement par courant de Foucault sur les lames 5, 5a.
A la fig. 5. on a représenté un mode de réalisation de l'organe de torsion 1 qui est constitué par quatre barres parallèles 1 la, 1 lb, lic, 1 id qui sont disposées en croix.
A la fig. 6. on a représenté un mode de réalisation de l'organe de torsion la qui est constitué par deux barres parallèles 12. 12a. Cette forme de réalisation comporte les avantages de la forme représentée aux fig. 3 et 4 et de plus, la forme des barres est telle que les ressorts de l'oscillateur de torsion sont soumis presque exclusivement à des contraintes de flexion.
Il en résulte que les fréquences des oscillateurs de flexion et de torsion dépendent exclusivement du seul et mme module de Young. L'accord différentiel des fréquences des deux oscillateurs est donc indépendant de la température ou d'un quelconque autre paramètre connu.
Une autre forme de réalisation du gyromètre à diapason représenté à la fig. 7 comporte un amortissement réglable par des circuits électroniques sur le diapason en H.
Les organes capteurs 7, 7a notament du type extensométrique sont reliés par un amplificateur 13 à des organes excitateurs 14, 14a de préférence piézo-électriques disposés à l'extrémité des lames 5, 5a du diapason en H. lesdits organes excitateurs 14, 14a étant situés au plan nodal de l'oscillateur de torsion.
Le signal délivré par les organes capteurs 7, 7a est amplifié par 13 et appliqué aux organes excitateurs 14, 14a. L'amplificateur 13 délivre un signal dont la loi est celle de la vitesse du mouvement du diapason en H. Cet amortissement réglable a pour but de diminuer ou d'augmenter la constante de temps du gyromètre et également d'ajuster ou de rendre la sensibilité de l'appareil indépendante des variations de surtension propre du diapason en H.
Dans une autre variante de réalisation, les lames de flexion 5, 5a (fig. 1) peuvent tre de dimensions plus petites que les lames 3, 3a avec lesquelles elles forment le diapason en H. Elles restent bien entendu accordées sur la mme fréquence. Ces petites lames vibrent avec une amplitude plus grande car pour une giration donnée leur énergie demeure constante. De cette façon, le signal délivré par le capteur de giration (éléments piézo-électriques ou piézo-résistifs) est plus grand et la sensibilité du gyromètre est accrue.