FR2507313A1 - Procede et dispositif pour eviter le blocage d'un gyroscope a anneaux laser par rayonnement de scintillement en retour - Google Patents

Abstract

L'INVENTION SE RAPPORTE A UN PROCEDE ET UN DISPOSITIF POUR EVITER LE BLOCAGE D'UN GYROSCOPE A ANNEAUX LASER PAR RAYONNEMENT DE SCINTILLEMENT EN RETOUR. LE GYROSCOPE A ANNEAUX LASER EST DU TYPE EN TRIANGLE EQUILATERAL ET COMPORTE DES DISPOSITIFS D'ENTRAINEMENT 41, 42 QUI ENTRAINENT EN ROTATION DEUX DES MIROIRS 17, 18 EN SYNCHRONISME ET EN OPPOSITION SELON DES TRAJETS DECALES D'ENVIRON 4, 27 PAR RAPPORT A LA BISSECTRICE DES ANGLES AU SOMMET OU SONT DISPOSES LESDITS MIROIRS. L'AMPLITUDE DE DEPLACEMENT EST D'ENVIRON 0,761 L, L ETANT LA LONGUEUR D'ONDE DU RAYONNEMENT LASER. ON OBTIENT AINSI UNE REDUCTION DE L'EFFET DE BLOCAGE DANS LE GYROSCOPE. L'INVENTION S'APPLIQUE AUX GYROSCOPES DE HAUTE PRECISION A ANNEAUX LASER.

Description

1 2507313

La présente invention se rapporte aux gyroscopes à anneaux laser ayant essentiellement pour objet d'éviter l'effet

de blocage de tels gyroscopes résultant de radiations scintil-

lantes en retour provenant des miroirs Ellevise en particulier l'obtention d'un tel résultat en entraînant en mouvement cer- tains miroirs d'un gyroscope triangulaire en synchronisme et dans des directions qui soient décalées d'un certain angle par

rapport à la bissectrice de l'angle au sommet correspondant.

Dans les gyroscopes à anneaux laser, deux faisceaux de lumière monochramatique traversent un trajet optique fermé dans des directions opposées Ce trajet se trouve dans un plan, et si le gyroscope est contraint de pivoter par rapport à un axe d'entrée qui comporte une composante normale par rapport à ce plan, la vitesse d'un des faisceaux va se trouver augmentée et celle de l'autre faisceau se trouvera diminuée Il en résulte que la fréquence d'un des deux faisceaux va être réduite et que l'autre va se trouver augmentée Si l'on provoque l'hétérodynage des faisceaux de directions opposées, le sens et l'importance de la rotation par rapport à-l'axe peuvent être mesurés à partir de

la fréquence de battement Les techniques utilisées pour engen-

drer et pour hétérodyner les ondes sont bien connues et non pas

besoin d'être décrites ici.

Si le taux de rotation du gyroscope à anneaux laser est extrêmement faible, les fréquences des anneaux se bloquent sur une fréquence unique Il en résulte que lorsqu'un gyroscope tourne lentement, il produit le même signal de sortie que s'il était stationnaire Il est nécessaire de pouvoir mesurer un taux de rotation aussi faible que 0,0010 par heure mais l'effet de blocage (lock-in) rend difficile la mesure de rotation inférieure à 1000 par heure En conséquence, il y a lieu de réduire l'effet de blocage La nécessité de pouvoir disposer de mesures aussi sensibles que 0,0010 par heure résulte des contraintes imposées par des systèmes de navigation inertiels précis. Dans un gyroscope à anneaux laser, chaque faisceau de lumière est réfléchi par une série de miroirs, l'un après

l'autre, le long d'un trajet optique polygonal fermé qui com-

porte généralement trois ou quatre côtés L'effet de blocage résulte du fait que l'énergie de l'un des faisceauxse couple sur l'autre faisceau Chaque miroir réfléchit essentiellement

2 2507313

la plupart de la lumière incidente mais une petite partie de la

lumière scintille sur chaque miroir en raison des petites imper-

fections de ce dernier.

Un procédé qui a été utilisé précédemment pour éviter le processus de blocage est de produire un mouvement de vibration angulaire mécanique du gyroscope pour produire le même effet que si le gyroscope était amené en pivotement vers l'avant et

vers l'arrière par rapport à l'axe d'entrée La vibration angu-

laire est décrite dans le brevet US 3 373 650 et si le gyroscope peut être amené en vibrations à une vitesse qui est telle que les faisceaux ont une différence de fréquence de quelques centaines de hertz,

ils ne seront pas bloqués Ceci est vrai même si le gyroscope est en-

trainé en rotation très lentement par rapport à son axe d'entrée.

La vibration angulaire mécanique implique que le taux

d'entrée du gyroscope passe par zéro deux fois dans chaque cycle.

Le gyroscope à anneaux laser se trouve bloqué, au moins pendant un très court moment, chaque fois que le taux d'entrée passe par zéro L'effet résultant est un accroissement du bruit dans

le signal de sortie du gyroscope à anneaux laser.

Un autre moyen utilisé pour réduire ou éviter le blocage est d'utiliser un milieu à effet Faraday pour polariser les deux faisceaux laser par séparation directe de fréquence, tel que

cela est décrit dans le brevet US 3 373 650.

Encore un autre moyen qui a été suggéré pour éviter le blocage est d'introduire dans le trajet en circuit fermé un faisceau d'énergie égal en amplitude mais opposé en phase à la somme des réflexions non désirées Le brevet US 3 323 411 décrit

un appareil permettant d'obtenir ce résultat.

Plusieurs processus pour réduire ou éliminer le blocage

en polarisant le gyroscope à anneaux laser ont été envisagés.

Toutefois, aucun d'eux n'a donné un résultat satisfaisant si on le compare à la vibration angulaire mécanique La raison en

est que de telles suggestions utilisent des procédés qui intro-

duisent une grande polarisation qui ne peut pas être compensée

sans erreur.

La demande de brevet US 157 767 déposée le 9 juin 1980 et ayant pour titre "Miroir modulé en phase pour un gyroscope à anneaux laser", laquelle a été cédée à la demanderesse, décrit comme la présente demande un procédé et un appareil pour éviter le blocage par entraînement en vibration de chaque miroir dans

un gyroscope à anneaux laser d'un côté à l'autre d'une extrême-

ment petite quantité dans son propre plan sans absolument aucune vibration angulaire du gyroscope L'intensité instantanée du rayonnement de scintillation en retour est modifiée de la même façon que si la phase de ce rayonnement était modulée L'équa- tion de l'intensité instantanée peut être résolue en utilisant les fonctions de Bessel et l'argument des fonctions de Bessel

est proportionnel à la distance dont est déplacé chaque miroir.

En sélectionnant l'amplitude du mouvement des miroirs pour obtenir certaines valeurs qui correspondent à des annulations de la fonction de Bessel, la densité du principal rayonnement de scintillation en retour peut être réduite à zéro pour la composante du rayonnement de scintillation en retour qui n'est pas décalée en fréquence par l'effet Dopler Ceci a pour effet de décaler toute l'énergie du rayonnement de scintillation en retour vers des bandes latérales qui ne sont pas nuisibles et qui sont séparées de la fréquence porteuse par des multiples intégraux de la fréquence de vibration, ce qui a pour effet de

minimiser ou d'éviter le blocage.

Le fait d'entraîner en vibration tous les miroirs dans des plans parallèles à leurs surfaces respectives nécessite un dispositif d'entrainement relativement complexe à chaque angle au sommet: trois dans le cas d'un gyroscope à anneaux laser triangulaire, quatre pour un gyroscope rectangulaire, etc De plus, il est nécessaire de disposer d'au moins un miroir mobile

selon la bissectrice d'un angle au sommet, c'est-à-dire perpen-

diculairement aux plans desdits miroirs pour obtenir le contrôle de la longueur de la totalité du trajet optique le long de l'anneau pour réaliser un réglage tenant compte de la dilatation

due aux variations de température.

Dansune demande de brevet déposée récemment aux Etats-

Unis d'Amérique, aux noms de Bo H G Ljung and-John Stiles, est décrit un gyroscope à anneaux laser triangulaire dans lequel deux des trois miroirs sont entraînés en vibration de façon à réduire le rayonnement de scintillation en retour pour la longueur d'onde principale La direction de la vibration est perpendiculaire aux surfaces des miroirs et se trouve dirigée selon la bissectrice correspondante de l'angle au sommet des faisceaux qui sont réfléchis sur ce miroir Dans un gyroscope à anneaux laser en forme-de triangle équilatéral, l'importance de la vibration peut être choisie pour réduire l'intensité du rayonnement de scintillation en retour de la longueur d'onde principale à zéro aux deux miroirs vibrants alors qu'elle est réduite sensiblement, mais pas annulée, au troisième miroir, lequel est maintenu stationnaire D'une autre façon, dans le même gyroscope, l'amplitude de vibration peut être choisie pour réduire l'intensité du rayonnement de scintillation en retour de la longueur d'onde principale à zéro au miroir stationnaire, tout en réduisant cette intensité sensiblement mais non pas à zéro aux deux miroirs vibrants Selon une troisième alternative, il est possible de faire vibrer les deux miroirs d'une quantité telle que l'on réduise l'intensité totale du rayonnement de

scintillation en retour aux trois miroirs d'un gyroscope à an-

neaux laser en triangle équilatéral pour obtenir un minimum sur

l'ensemble sans que l'intensité soit réduite à zéro en un quel-

conque desdits miroirs.

Le demande de brevet US Ljung et Stiles précitée décrit effectivement un gyroscope à anneaux laser

triangulaire dans lequel l'intensité du rayonnement de scintil-

lation en retour peut être réduite à zéro à chacun des trois miroirs, mais le triangle est un triangle isocèle avec deux

angles d'environ 510,65, angle selon les bissectrices desquel-

les deux miroirs sont entraînés en vibration et un troisième angle d'environ 760,70 auquel angle le miroir est maintenu stationnaire Un tel mode de réalisation n'est pas aussi facile à fabriquer qu'un mode de réalisation selon lequel le triangle

est équilatéral.

L'un des objets de la présente invention est d'éliminer

le blocage sensiblement ou totalement dans un gyroscope à an-

neaux laser en triangle équilatéral en faisant vibrer deux des miroirs du gyroscope dans des directions légèrement décalées par rapport à une direction perpendiculaire à leurs surfaces

réfléchissantes tout en maintenant constante la longueur tota-

le du trajet des faisceaux laser.

Un autre objet de la présente invention est de proposer un procédé amélioré pour réduire ou éliminer le blocage dans un gyroscope à anneaux laser en triangle équilatéral en faisant vibrer deux de ses trois miroirs, la direction et l'amplitude de la vibration de chaque miroir étant décalées par rapport à la bissectrice de l'angle correspondant alors qu'elle est égale mais opposée en amplitude à celle de l'autre miroir de façon à maintenir sensiblement constante la longueur du trajet total tout en décalant l'emplacement d'au moins deux des segments de trajet transversalement pour déplacer leurs intersections entre eux et avec le troisième segment de trajet aux emplacements des miroirs d'une quantité correspondante à une annulation de la

fonction de Bessel appropriée.

Dans le cas d'un trajet optique en forme de triangle équilatéral, les miroirs situés à deux et trois angles au sommet

sont entraînés en vibration en synchronisme mais dans des direc-

tions opposées par rapport à l'intérieur de la zone triangulaire délimitée par le trajet optique, de telle sorte qu'un des miroirs en vibrant se déplace vers l'intérieur de cette zone selon une droite décalée d'un certain angle par rapport à la bissectrice de l'angle au sommet de ce miroir, ce qui tend à réduire la longueur du trajet le long de l'anneau alors que l'autre miroir

se déplace simultanément vers l'extérieur selon une droite déca-

lée symétriquement du même angle par rapport à la bissectrice de son angle au sommet, ce qui tend à accroître la longueur du

trajet d'une quantité exactement égale à tout moment à la quan-

tité dont le premier miroir tendait à la réduire Le troisième miroir est fixe L'amplitude de vibration est choisie de telle sorte que l'emplacement de l'impact des faisceaux lumineux sera décalé sur chacun des miroirs d'une quantité qui correspond à

une fonction de Bessel nulle.

L'invention sera maintenant décrite en détail en se

référant à la description qui va suivre qui se réfère aux

dessins annexés dans lesquels

la figure 1 est un schéma optique montrant l'applica-

tion de l'invention à un gyroscope à anneaux laser en forme de triangle équilatéral; la figure 2 est une vue agrandie d'un des angles du

diagramme de la figure 1 destiné à rendre plus visible les rela-

tions géométriques existant entre les divers éléments; la figure 3 est une représentation simplifiée en coupe d'un gyroscope à anneaux laser utilisant deux des dispositifs

de commande pour faire vibrer les miroirs.

La figure 1 montre un schéma optique simplifiée de

gyroscope à anneaux laser en forme de triangle équilatéral.

Selon la pratique courante, un tel gyroscope serait construit en créant une cavité triangulaire dans un bloc convenable de matériau solide, en remplissant la cavité d'un matériau actif convenable tel qu'un mélange d'hélium et de néon, et à exciter ledit matériau au moyen d'une énergie électrique appliquée à des électrodes disposées dans le bloc Tous ces éléments sont bien connus ainsi que leur mode de fonctionnement pour produire

deux faisceaux laser dirigés dans des sens opposés En consé-

quence, il n'est pas nécessaire de donner une description plus

détaillée de ces éléments et d'autres composants destinés à extraire une partie des deux faisceaux et à réaliser leur hétérodynage pour mesurer la fréquence de battement Ce qui est important dans la-présente invention est la disposition optique pour minimiser, rapport à chaque faisceau, la partie de lumière

de scintillement en retour qui provoque l'effet de blocage.

Le schéma optique de la figure 1 montre trois rayons 11, 12 et 13 représentant chacun deux faisceaux laser circulant dans

des directions opposées selon un trajet triangulaire à l'inté-

rieur d'un gyroscope à anneaux laser qui comporte trois miroirs 17, 18 et 19 Les rayons 11, 12 et 13 peuvent être considérés comme étant des rayons axiaux de trois faisceaux de lumière

ayant une épaisseur sensiblement plus grande que celle représen-

tée par les rayons individuels 11, 12 et 13.

L'angle compris entre les trois sommets 21, 22 et 23 du trajet triangulaire est de Of 600 étant donné que le triangle

est équilatéral.

Pour que les miroirs 17, 18 et 19 réfléchissent les rayons 11, 12 et 13 selon les trajets représentés, ces miroirs doivent être placés de telle sorte qu'ils sont perpendiculaires

aux bissectrices respectives 24, 25 et 26 des angles au sommet.

Ainsi, au sommet 21 o les rayons 11 et 13 intersectent la surface réfléchissante du miroir 17, l'angle d'incidence O de l'onde circulant dans le sens des aiguilles d'un montre est le même que celui de l'onde circulant dans la direction inverse,

dans le sens inverse des aiguilles d'une montre.

Bien que les surfaces réfléchissantes des miroirs 17,

18 et 19 soient presque parfaites, certains défauts subsistent.

Ces défauts sont microscopiques en dimension mais sont cepen-

dant suffisamment grands pour provoquer le scintillement des rayons de lumière incidente La valeur totale du scintillement est tout à fait faible mais il y a certains scintillements dans le sens inverse pour chaque miroir, cela signifie que, pour une

onde circulant selon le rayon 11 dans le sens inverse des aiguil-

les d'une montre, le rayonnement de scintillation en retour serait dans le même sens que le direction normale d'une onde circulant selon le rayon 11 dans le sens des aiguilles d'une

montre Bien que les imperfections qui produisent le scintille-

ment en retour soient réparties sur toute la surface de chacun des miroirs, elles peuvent être traitées comme si elles étaient concentrées en un point sur chaque miroir, comme le point 27 du

miroir 17, le point 28 du miroir 18 et le point 29 du miroir 19.

On a déjà montré qu'en faisant glisser les miroirs tels que 17, 18 et 19 de la présente demande latéralement dans le plan de leurs surfaces de réflexion respectives on pourrait provoquer l'annulation du rayon de scintillation principale en retour pour chaque miroir si la distance dont chaque miroir est

déplacé est convenablement choisie.

Il a déjà été montré qu'en faisant vibrer sinusoldale-

ment deux des trois miroirs dans un gyroscope à anneaux laser de forme triangulaire équilatéral de certaines valeurs h selon les bissectrices respectives de deux des angles au sommet, les points d'intersection des rayons centraux des faisceaux laser peuvent être décalés latéralement par rapport auxdits miroirs

d'une distance h tg-O, O & étant l'angle d'incidence, c'est-à-

dire 300, alors que le point d'intersection sur le troisième miroir stationnaire est décalé de h/cos e qui est exactement le double de la valeur h tg O pour & = 30 L'importance de ce qui précède est que h peut être choisi de façon à ce que h tge

soit presque égale à la première annulation, 2,405, de la fonc-

tion de Bessel J O (B) alors que h/cos-a est presque égale à la seconde valeur d'annulation, 5,52, ce qui a pour effet de réduire le rayonnement de scintillation en retour à une longueur

d'onde principale à presque égale à zéro.

Selon la présente invention, les déplacements latéraux des emplacements des centres principaux de scintillement 27 et 28 des miroirs 17 et 18, de la distance nécessaire pour réduire le rayonnement de scintillation en retour de la longueur d'onde principale à à zéro pour les trois miroirs 17, 18 et 19 peut être obtenu en déplaçant les miroirs 17 et 18 selon des trajets

déplacés d'un angle petit à partir de leur bissectrice perpen-

diculaire 24 et 25.

8 2507313

Comme indiqué plus haut, il est seulement nécessaire de déplacer deux des miroirs 17 et 18 et non pas les trois, mais il y a lieu de les déplacer dans des directions convenables, il en résulte que la réduction totale de l'énergie de scintillement en retour à la longueur d'onde principale pour les trois miroirs se

trouve ainsi obtenue.

De façon à maintenir à une faible valeur les pertes par

diffraction dans le gyroscope à anneaux laser, la surface réflé-

chissantedu miroir 19 est en fait sphérique concave et non pas plane comme le sont les surfaces des miroirs 17 et 18 Cependant, le rayon de courbure de la surface réfléchissante du miroir 19 est en faitde plusieurs mètres et, en raison de son très grand

rayon de courbure, le miroir 17 peut être traité mathématique-

ment comme s'il était plan comme les deux autres.

Il est essentiel que la totalité du trajet optique dans le gyroscope à anneaux laser soit maintenues une valeur fixe à tout moment Ainsi, il n'est pas possible de déplacer le miroir 17 seul dans une direction sensiblement perpendiculaire à sa surface Il est nécessaire de déplacer les deux miroirs 17 et 18 en synchronisme dans des directions opposées Si le miroir 17 est déplacé vers l'extérieur d'une distance h selon un trajet

24 a légèrement décalé d'un angle od par rapport à la bissectri-

ce 24 pour venir en une position 17 ', le miroir 18 peut être déplacé vers l'intérieur selon un trajet 25 a correspondant à un déplacement par rapport à la bissectrice 25 qui l'amène dans une position 18 ' Ceci provoque un déplacement longitudinal du rayon 11 vers la droite selon son trajet d'origine, mais provoque le

déplacement des rayons 12 et 13 latéralement pour qu'ils attei-

gnent les trajets 12 ' et 13 ' respectivement Il en résulte éga-

lement un déplacement des centres de scintillement 27 et 28 qui arrivent aux positions 27 ' et 28 ' o ils ne sont plus sur le rayon 11 mais sont encore dans les zones correspondantes aux miroirs 17 et 18 qui sont couvertes par la totalité du faisceau dont le rayon 11 est seulement la partie centrale En fait, le rayon 11 maintenant vient frapper le miroir qui se trouve en 17 ' en un point 31 qui est décalé par rapport à la nouvelle position 27 ' du centre de scintillement d'une distance h tg O A s, formule dans laquelle comme on le décrira en ce qui concerne la figure 2, A S est égal à h tg K Pour avoir son impact en ce nouveau point, le rayon 11 doit couvrir une

9 2507313

distance supplémentaire h/cos O Les rayons 11 et 12 ' se ren-

contrent au point 32 sur le miroir décalé en un emplacement 18 ' et les rayons 12 ' et 13 ' se rencontrent au point 33 sur le miroir 19 La surface réfléchissante du miroir 19 est parallèle au rayon 11 et la distance comprise entre la position d'origine du centre de scintillement 29 avant le mouvement des miroirs 17 et 18 et le point 33 sera également égale à h/cos e La figure 2 montre les relations géométriques et de phase correspondantes au déplacement du miroir 17 d'une distance h selon la droite 24 a décalée d'un petit angle d< par rapport à la bissectrice perpendiculaire 24 Un front d'onde de lumière circulant dans le sens inverse des aiguilles d'une montre selon

le trajet 11 aurait eu un angle de phase e au centre de scintil-

lement 27, le miroir 17 étant dans sa position d'origine Une partie de l'énergie rayonnante de cette onde aurait été réfléchie en retour dans une direction 14 selon le même trajet 11 Le

décalage du miroir 17 dans sa position 17 ' (etdu miroir 18 dépla-

cé de façon correspondante pour maintenir constante la longueur

du trajet) aurait pour effet de décaler le centre de scintille-

ment dans une nouvelle position correspondante 27 ', toujours sur

la ligne 24 a, qui est supposée passer par le miroir à l'emplace-

ment de l'angle au sommet 21 Cela aurait également pour effet de décaler l'ensemble du faisceau dont le rayon 11 est seulement un rayon vers la droite d'une distance h/cos-& de telle sorte que le front d'onde, qui continue à atteindre l'emplacement 31 avec la même phase e, pourrait atteindre l'emplacement d'un plan passant par la position 27 ', perpendiculairement au rayon 11, avec une phase différente, en raison du fait qu'il aura parcouru une distance qui est inférieure d'unequantité h sin O (tgo tg<), qui peut être simplement appelée Ax, c'est-à-dire: A x = h sin e (tg & tg ') ( 1) La phase de l'onde de scintillement en retour se trouve modifiée d'une quantité proportionnelle à deux fois cette distance, soit

2 à x.

La variation de phase d, qui se produit quand l'onde de scintillement en retour progresse d'une distance de 2 Pix est déterminée par la longueur d'onde A de l'énergie rayonnante selon l'équation: t 6 = 2-8 Ax< 27) ( 2) Il y a lieu de noter que la même quantité de variation

de phase est obtenue en ce qui concerne les ondes de scintille-

ment en retour qui traversent le gyroscope à anneaux laser dans

le sens opposé.

On obtient la même variation de phase lorsqu'on déplace latéralement les miroirs comme on l'a décrit plus haut, mais en raison du fait que le miroir 17 dans le cas présent est déplacé

perpendiculairement par rapport à son plan, la distance est dif-

férente de ce qu'elle serait pour un déplacement latéral étant

donné que le déplacement latéral apparent du centre de scintil-

lement de la position 27 ' à la position 31 est de

h (tg D tg i) sin t Le miroir se déplace de façon sinu-

soidale à une fréquence et avec une excursion maximum de h à partir d'une position de repos et de la sorte, la distance instantanée h est: h = H sin J t ( 3)

En substitution de la valeur de h de l'équation ( 3) dans l'équa-

tion ( 1), on obtient le déplacement latéral apparent du centre de scintillement 17 à un instant quelconque comme étant de a % = H (tg e tgo () sin O sin Jat ( 4) Une substitution de cette valeur de à x dans l'équation ( 2) donne: a = f 4 r H (tg Gtg i) sin & sin t ( 5) Etant donné que ni H, ni f, ni i ne varient avec le temps, l'ensemble du coefficient de sin Qt peut être considéré comme étant égal à une constante B C'est-à-dire O = B sin nt ( 6) dans laquelle: B = 4 H (tg O' tgd) sin 09 ( 7) Dans ce gyroscope à anneaux laser triangulaire équilatéral,é a une valeur égale à 300, et sin i est égal à 1/2 Ainsi: B = 2 t H (tg -tgc) ( 8) L'onde de scintillement a une amplitude instantanée e donnée par la formule: e = E sin (L t + a a, ( 9) dans laquelle E est l'amplitude et X la fréquence angulaire du rayonnement Par substitution de la valeur de DL ç 6 de l'équation ( 6) dans l'équation ( 9), on obtient e = E sin (W t + B sin ft) ( 10) cette équation étant la même que l'équation bien connue pour la

modulation de phase d'une porteuse, ayant une fréquence angu-

11 2507313

laire Lj par une onde de modulation qui a une fréquence angulai-

re A L'équation ( 10), lorsqu'elle est développée en fonctions de Bessel Jn(B), devient: e = E t J O (B) sin O t + J 1 (B)lsin(O +) jt sin(w -9)t J + J 2 (B)l sin(e( + 2 Q)t + sin(c -21 b tj + J 3 (B) l sin U 4) + 3 S)t sin(LA -3 fb t

+.( 11)

J O (B), dans laquelle J 0 est une fonction de Bessel de première carégorie et d'ordre zéro et B est son argument, représente l'amplitude d'une onde électromagnétique inchangée qui pourrait être appelée la porteuse dans une modulation de fréquence d'une onde de fréquence radio Il est bien connu que J O (B) s'annule, c'est-à-dire que l'amplitude de la porteuse tombe à zéro lorsque l'argument B a l'une quelconque de certaines valeurs desquelles seuls les arguments correspondants de la première à la seconde

annulation sont nécessaires dans le cas de la présente invention.

Ceux-ci sont:

B = 2,405

B = 5,520 ( 12)

L'importance de ces valeurs de l'argument B dans le cas

présent est qu'elles sont des valeurs pour lesquelles l'amplitu-

de d'une fréquence non modulée de l'onde de scintillement en retour au miroir 17 (et comme on le verra, au miroir 19) se trouve réduite à zéro En choisissant B comme étant une de ces valeurs, connues également comme valeurs d'annulation de la fonction de Bessel de la première catégorie et d'ordre zéro, l'effet de l'onde de scintillement en retour non modifiée devient nul et la seule énergie-de scintillement en retour se trouve dans les bandes latérales, lesquelles se trouvent séparées de l'onde non modifiée de multiples intégraux de L La fréquence angulaire peut être choisie avec une valeur élevée suffisante pour que l'énergie dans les bandes latérales ne se trouvera pas

bloquée lorsque l'onde principale circule dans le même sens.

Une valeur de H qui provoquera un évanouissement de l'amplitude de l'onde de scintillement en retour non modifiée, ou porteuse, peut être calculée à partir de l'équation ( 8) De façon à déterminer la valeur de " qui est la seule quantité qui reste inconnue dans cette équation, il y a lieu d'examiner les conditions dans lesquelles on se trouve au miroir 19 Le

12 2507313

1 2 miroir 19 reste stationnaire et les rayons 12 et 13 sont décalés latéralement de telle sorte que leur point de réflexion qui se déplace d'une distance h/cos à à partir de la position 29, lorsque les miroirs 17 et 18 sont dans leur position respective sans vibration pour atteindre la position 33 lorsque les miroirs

17 et 18 sont amenés à se déplacer d'une distance h La différen-

ce de phase entre l'onde de scintillement en retour provenant du point 33 par rapport à celle provenant du point 29 est: 2 ( 2 < 2 ir> = 2 (-cse) sin () ( 13) Il 2 h ___ ( 13) formule dans laquelle la distance de décalage latéral est

h/cos O plutôt que h(tg tg i) Il s'ensuit que les équa-

tions ( 3) à ( 12) sont également applicables, avec la même substitution de 1/cos O à la place (tg O tg () dans les

équations ( 4), ( 5), ( 7) et ( 8).

Il résulte d'une telle substitution dans l'équation ( 8): B c= 2 H ( 14) Selon la présente invention, le décalage angulaire de la direction du mouvement du miroir 17 peut être choisi de façon à

réduire le décalage latéral du point 27 ' par rapport à l'empla-

cement 31 d'une quantité et permet à B dans l'équation ( 8) d'être exactement égal à la première valeur d'annulation lorsque B dans l'équation ( 14) est exactement égal à la deuxième valeur d'annu-

lation Ainsi, le rapport de la partie de gauche de l'équation

( 14) à la partie de gauche de l'équation ( 15) est égal à-

2,405/5,52 ou: 2 I H (tg tgo() A 2,405 ( 15) Z 1 r H 5,52 A cos O Ceci peut se réduire à: cos < (sn) cos tg = Compte tenu du fait que sin 30 = 1/2 valeur de tg o est de: tg" = 0,5 0,436 0,07426 0,866 ce qui est vrai pour =

= 4,27

La valeur de H lorsque B dans valeur de 2,405 est:

H 2,405

6,28 ( 0,577 0,7426)

qui peut se réduire à

0,436 ( 16)

et cos 30 est 0,866, la ( 17) ( 18) l'équation ( 14) a une ( 19)

H = 0,761 > ( 20)

si > a une valeur de 6,328 x 10 _ 7 m, l'équation ( 20) devient H = 4,81 x 10 7 m ( 21) La figure 3 montre d'une façon très simplifiée une coupe d'un gyroscope laser triangulaire construit selon la présente invention Un bloc 34 de matériau convenable tel que du quartz comporte trois canaux 36, 37 et 38 qui le traversent Les trois rayons 11, 12 et 13 sont formés sensiblement selon les lignes

centrales de ces canaux et le miroir fixe 19 qui se trouve à l'inter-

section des canaux 37 et 38 est fixé au bloc 34 par des moyens convenables quelconques pour réfléchir les rayons 12 et 13 Le miroir 17 qui réfléchit les rayons 11 et 13 est maintenu par un dispositif d'entraînement 39 et un dispositif d'entraînement

similaire 41 maintient le miroir 18.

Le dispositif d'entraînement 39 consiste en un bloc 40 en matériau convenable connu sous le nom de "cervit" ou "zerodur", usiné de façon à constituer une membrane de faible épaisseur 42 qui supporte le miroir 17 à une extrémité d'un court cylindre central 43 De l'autre côté dela membrane 42 par rapport au cylindre 43 se trouve un empilage de blocs cristaux piézo-électriques 44 maintenu en place entre la membrane 42 et une butée 46 solidaire du bloc 40 Les cristaux piézo-électriques 44 comportent des électrodes 47, 48 sur leurs surfaces opposées qui sont prévues pour être reliées à une paire de bornes 49 et 51 respectivement Des bornes similaires 52 et 53 sont reliées

au dispositif d'entraînement 41.

Les dispositifs d'entraînement 39 et 41 sont actionnés par un signal provenant d'un oscillateur 54 qui fournit un signal de modulation ayant la fréquence de vibration et qui est relié de telle sorte que la tension sinusoïdale appliquée au dispositif d'entraînement 39 soit décalée en phase de 1800 par

rapport à la tension sinusoïdale appliquée au dispositif d'en-

traînement 41 Une commande 57 de réglage de longueur de trajet

comprenant essentiellement une source de tension continue varia-

ble est reliée de façon à fournir une polarisation en courant continu aux cristaux 44 pour régler la longueur totale du trajet 11, 12 et 13 Selon l'invention, l'axe de l'empilage est 24 a qui est représenté à la figure 2 Comme on l'a décrit au sujet de cette figure, l'axe 24 a fait un angle de 4,270 par rapport

à la bissectrice 24 qui intercepte le miroir 17 perpendiculai-

14 2507313

rement à sa surface réfléchissante L'axe 24 a est également

l'axe du dispositif d'entraînement 39 et du court cylindre 43.

En d'autres termes, cela signifie que le dispositif d'entraîne-

ment 39 qui est cylindrique dans son apparence externe, est fixé au bloc 34 avec un angle de 145,73 par rapport au canal 38 Par symétrie, le dispositif d'entratnement 41 est également monté sur le bloc 34 avec un angle de 145,730 par rapport au canal 37 et il en résulte que les axes des dispositifs d'entraînement 39 et 41 se trouvent former un angle de 308,54 l'un par rapport à l'autre Compte tenu du moyen utilisé pour entraîner le miroir 17, il est commode de l'utiliser pour assurer à la fois la commande de longueur de trajet et la modulation de phase des

rayons 11, 12 et 13.

Cette invention a été décrite en se référant à des modes

de réalisation spécifiques tels que son application à un dispo-

sitif triangulaire mais l'hommede l'art conçoit aisément que des modifications peuvent y être apportées sans que l'on sorte pour

autant du cadre de l'invention telle qu'elle a été définie.

2507313

Claims (4)

REVENDICATIONS

1 Procédé pour empêcher le blocage d'un gyroscope à anneaux laser enforme de triangle équilatéral qui comporte trois miroirs ( 17,18,19) dirigeant des faisceaux monochromatiques d'énergie radiente de longueur d'onde X prédéterminée dans des directions opposées selon un trajet optique fermé ( 11,12,13), ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste à faire vibrer deux desdits miroirs ( 17,18) de façon à déplacer leurs surfaces réfléchissantes selon des trajets décalés d'environ 4,270 par rapport à la perpendiculaire de leurs surfaces réfléchissantes respectivement tout en maintenant la longueur totale du trajet

optique fermé constante pour diminuer le rayonnement de scintil-

lement enretour à la longueur donde > de façon à ce qu'il soit

pratiquement nul pour tous les miroirs.

2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce

que le troisième miroir ( 19) est maintenu stationnaire.

3 Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2,

caractérisé en ce que chacun des deux miroirs vibrants ( 17,18) vibre avec une amplitude H 0,761 X 4 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le troisième miroir ( 19) est stationnaire et la longueur d'onde à est de 6,328 x 10 7 m et chacun des miroirs vibrants

( 17,18) vibre avec une amplitude H = 4,81 x 10-7 m.

Gyroscope à anneaux laser comportant des moyens

actifs pour produire deux faisceaux de rayonnement monochromati-

ques à une longueur d'onde prédéterminée > circulant dans des sens opposés selon un trajet triangulaire équilatéral ( 11,12,13) de longueur prédéterminée et trois miroirs ( 17,18,19) disposés aux angles au sommet respectif dudit trajet, en particulier pour

la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications précédentes,

caractérisé en ce qu'il comporte des moyens ( 40,41) pour faire

osciller deux desdits miroirs ( 17,18) en synchronisme et sinusolda-

lement selon l'équation h = 0,761 X sin&Q t, équation dans laquelle h est le déplacement de chacun des miroirs vibrants à un instant quelconque et SI est la fréquence angulaire de vibration, dans des

directions décalées d'une angle-de 4,27 par rapport aux bissec-

trices respectives des angles au sommet o sont disposés les miroirs oscillants et d'un angle de 308,54 l'un par rapport à l'autre, le premier des miroirs vibrants ( 17) se déplaçant de façon à réduire la longueur du trajet ( 11,12,13) alors que le second ( 18) se déplace de façon à maintenir la longueur totale

16 2507313

de ce trajet constante, le troisième miroir ( 19) étant maintenu stationnaire.