FR2532418A1 - Gyroscopes a laser en anneau - Google Patents

Abstract

UN GYROSCOPE A LASER EN ANNEAU COMPORTE UN MOYEN DE REDUCTION DE BRUIT QUI ENLEVE OU COMPENSE LES ERREURS SE PRODUISANT LORSQU'UNE SOLLICITATION OU UN TREMBLOTEMENT EST CONFERE AU GYROSCOPE DE MANIERE A REDUIRE OU EVITER LE BLOCAGE. DANS UN MODE DE REALISATION, LE GYROSCOPE COMPORTE UN MOYEN DE TRAITEMENT 25 COMPORTANT DEUX PHOTODIODES 26, 27 QUI SONT EXPOSEES AUX FRANGES D'INTERFERENCE DES FAISCEAUX DE SORTIE DU GYROSCOPE ET QUI, GRACE A L'UTILISATION D'UN AMPLIFICATEUR OPERATIONNEL D'ENTREE DIT NORTON 30 AYANT LA FORME D'UN INTEGRATEUR ELECTRONIQUE, PRODUIT UN SIGNAL QUI EST ADDITIONNE ALGEBRIQUEMENT AU SIGNAL DE SORTIE NON CORRIGE DU GYROSCOPE DE MANIERE A PRODUIRE UN SIGNAL DE SORTIE CORRIGE DE GYROSCOPE.

Description

1. La présente invention concerne des gyroscopes à laser en anneau, et

plus particulièrement l'élimination ou

la compensation d'erreurs qui se produisent lorsqu'une sol-

licitation ou un tremblotement est conféré au gyroscope de manière à réduire ou à éviter le phénomène dit de "bloca- ge".

Comme cela est bien connu, un laser en anneau uti-

lise deux faisceaux lumineux qui se propagent dans des di-

rections opposées au tour de l'anneau ou de ce que l'on o 10 appelle la cavité La cavité est typiquement triangulaire ou rectangulaire et peut avoir une construction modulaire

ou une construction monobloc Dans un laser en anneau mo-

dulaire, un membre ou une partie de celui-ci est formé par

un laser qui produit les faisceaux de lumière à contra-pro-

pagation, qui sont transmis au reste de l'anneau par l'in-

termédiaire des fenêtres inclinées à l'angle Brewster.

Dans une cavité monobloc, les membres de l'anneau communi-

quent directement l'un avec l'autre et l'anneau est rem-

pli d'un milieu laser qui produit les faisceaux désirés de lumière à c Qntra-pr Qpagationq Dans un laser en anneau idéalef la différence de fréquence entre les faisceaux de lumière est nulle lorsque l'anneau est fixe, mais ne l'est plus lorsque l'anneau est

mis en rotation autour d'un axe sensible s'étendant perpen-

2, diculairement au plan de l'anneau Ainsi,la différence de

fréquence entre les deux faisceaux lumineux est propor-

tionnelle à la vitesse de rotation angulaire de l'anneau autour de l'axe sensible Par conséquent, un laser en anneau est capable de fonctionner en gyromètre Cepen- dant, dans les lasers en anneau pratiques, il existe de

nombreux défauts qui dégradent les performances et la ma-

jorité de ces défauts est liée d'une manière ou d'une au-

tre à la quantité de lumière qui est perdue dans les fais-

ceaux lumineux traversant l'anneau L'un des effets les plus importants, et par conséquent, les plus gênants,

est le blocage qui est dû à la diffusion de lumière à par-

tir de chaque faisceau lors de sa réaction avec le faisceau opposé, ce qui a pour effet de supprimer la différence

de fréquence à de faibles vitesses de rotation, et de fai-

re de cette différence de fréquence une fonction non linéaire aux vitesses élevées,

Dans un gyroscope à laser en anneau, -les fais-

ceaux lumineux à contra-propagation sont dirigés autour de l'anneau par des miroirs disposés aux zones de transition entre membres contigus de l'anneau Normalement, l'un de ces miroirs a un pouvoir de transmission partiel, d'o il résulte qu'une partie de chaque faisceau le traverse pour former un faisceau lumineux de sortie;, les deux faisceaux lumineux de sortie étant combinés pour former des franges

d'interférence qui peuvent être comptées par un photodé-

tecteur Ce comptage est directement proportionnel à l'angle total de rotation du laser, dans la mesure o les

deux faisceaux lumineux sont totalement désaccouplés.

Le rapport du comptage des franges par unité

d'angle de rotation est dit facteur d'échelle, Il résul-

te du blocage, qu'aucune frange ne se produira jusqu'au

seuil de blocage et le facteur d'échelle sera non linéai-

re pour une plage de vitesses de rotation située au-dessus de ce seuil, Ces deux phénomènes dégradent sérieusement la precision du gyroscope à laser en anneau aux faibles

vitesses angulaires de rotation.

Une méthode permettant d'éviter le problème du blocage est de conférer une polarisation (sollicitation)

au laser telle qu'un déphasage non réciproque est intro-

duit dans les deux faisceaux lumineux Diverses techniques de sollicitation ou de tremblotement ont été proposées, -y compris la mise en oscillation de la totalité du laser à une faible amplitude Avec ce dernier arrangement,-il est

préférable d'employer un certain moyen permettant d'intro-

duire un déphasage aléatoire des faisceaux dans le but d'éviter des erreurs systématiques qui s'accumulent à îo cause des oscillations; la perturbation d'un tremblotement

est un moyen commode permettant d'introduire cette composan-

te aléatoire,

Cette méthode présente de nombreux avantages Plus-

spécifiquement, 'elle est capable de conduire à des gyros-

copes à laser en anneau avec une-faible sollicitation

très-stable, Cependant, elle présente l'inconvénient d'in-

troduire une composante de bruit aléatoire dans la sortie du gyroscope qui peut constituer une limitation sévère dans des applications ot l'emploi du gyroscope est de courte 2 Q durée De telles applications comprennent l'alignement par gyro-compas d'un système de navigation d'avion avant son

décollage, et le guidage de missiles.

Le bruit est également un inconvénient en ce sens qu'il augmente les temps d'essai du gyroscope et qu'il réduit les avantages des techniques électro-optiques dont on dispose pour augmenter la résolution d'un gyroscope à laser en anneau Un objet de la présente invention est de réduire sensiblement le bruit de sortie des gyroscopes à laser en

anneau, soumis à un tremblotement, ce qui a pour effet -

d'augmenter leur précision à court terme, -

Selon la présente invention, un gyroscope à la ser en anneau comprend un ensemble dans lequel est formé un trajet fermé autour duquel, en marche, deux faisceaux cqntra-,r Qtatoires de lumière se propagent, une pluralité

de miroirs pouvant transmettre les faisceaux lumineux au-

tour du trajet, au moins l'un des miroirs transmettant par-

tiellement la lumière de manière à constituer un miroir 4, de sortie pour les faisceaux lumineux, un moyen pour conférer un déphasage oscillatoire, non réciproque, aux faisceaux lumineux et réduire les erreurs de blocage, -un

moyen répondant aux faisceaux lumineux transmis par l'in-

termédiaire d'un miroir de sortie afin de produire un si- gnal de sortie du gyroscope, un moyen de réduction de -bruit répondant également aux faisceaux lumineux transmis

par l'intermédiaire d'un miroir de sortie de manière à four-

nir un signal d'erreur représentatif du contenu en bruit

du signal de sortie du gyroscope dû au changement de pha-

se non réciproque conféré aux faisceaux lumineux, et un

moyen de combinaison pour faire la somme algébrique du si-

gnal d'erreur et du signal de sortie non corrigé de gyros-

cope, afin de donner un signal de sortie corrigé de gyros-

cope, le moyen de réduction de bruit comprenant un moyen de détection pour fournir un signal représentatif d'une frange d'interférence des deux faisceaux lumineux, et un moyen d'intégration permettant d'intégrer ce signal afin

d'obtenir ledit signal d'erreur.

Le moyen de détection peut comprendre deux photo-

détecteurs exposés à la forme d'onde sinusoïdale représen-

tant les franges d'interférences, et le moyen de détection peut en plus comprendre un agencement à courant en rapport

géométrique auquel sont appliquées les sorties des photo-

détecteurs Dans-le mode de réalisation préféré qui sera décrit, l'agencement à courant en rapport géométrique et le moyen d'intégration sont constitués par un amplificateur opérationnel d'entrée dit Norton, La sortie d'un gyroscope à laser en anneau est normalement obtenue sous forme numérique, et le signal d'erreur a de préférence également une forme numérique de

façon à-pouvoir être combiné au signal de sortie non corri-

gé du gyroscope par des techniques numériques Dans ce cas, le moyen d'intégration est commodément incorporé dans un

convertisseur analogique/numérique qui peut être un modula-

teur delta-sigma,-par exemple de la forme décrite dans la

demande de brevet britannique B 5030.

Les photodétecteurs fournissant les signaux repré-

,

sentatifs des franges d'interférence peuvent être entiè-

rement séparés des photodétecteurs qui sont utilisés pour donner le signal de sortie non corrigé du gyroscope En

variante, les photodétecteurs fournissant le signal repré-

sentatif des franges d'interférence peuvent constituer certains photodétecteurs d'un réseau-de photodétecteurs à partir duquel est obtenu le signal de sortie non corrigé du gyroscope, Ce dernier agencement permet d'améliorer la résolution, ce qui est particulièrement bénéfique, car la présente invention réduit ou élimine le bruit dans le signal de sortie du gyroscope, d'o il résulte qu'on peut

totalement profiter d'une résolution bien meilleure.

La présente invention sera bien comprise à la

lecture de la description suivante faite en relation avec

les dessins ci-joints dans lesquels La figure 1 est une vue schématique en plan d'un

gyroscope à laser en anneau, constituant un-mode de réali-

sation préféré de la présente invention; et Les figures 2 à 5 sont des schémas de circuit représentant quatre variantes de circuit de traitement de signal qui peuvent être utilisées dans le gyroscope de la figure 1, des composants similaires des figures 2 à 5

ayant les mêmes numéros de référence.

En liaison avec la figure 1, la cavité du gyros-

cope à laser est construite-à partir d Iun bloc 1 d'un ma-

tériau non métallique et ayant un faible coefficient de -

dilatation, Un matériau préféré est celui qui a pour marque déposée Zerodur Le bloc 1 a la forme en plan d'un triangle

équilatéral avec les sommets perpendiculaires aux bissec-

3 Q trices respectives de manière à former des surfaces de

montage planes 2 Le bloc 1 est percé parallèlement à cha-

que côté pour former trois membres, 3, 4 et 5 qui ensemble_

forment la cavité du gyroscope à -laser dans laquelle se pro-

duit la-décharge luminescente ou, plus spécifiquement, l'effet laser, La cavité est continue grâce au fait que les membres 3, 4 et 5 s'étendent depuis une surface de montage 2 à une autre, d'o O il résulte que deux membres se coupent à chaque surface 2, Un miroir 6 est scellé à 6,

chaque surface 2.

Communiquant avec la cavité se trouvent deux

anodes 7 et 8 montées sur les côtés 9 et 11, respective-

ment, du bloc 1, et une cathode 12 montée sur le côté 13 du bloc, Les anodes 7 et 8 et la cathode 12 sont fixées au-bloc 1 d'une façon étanche aux gaz, comme le sont les

miroirs 6, et communiquent avec la cavité par l'intermé-

diaire d'alésages respectifs 14, 15 et 16 s'étendant en-

tre les membres associés 3, 4 et 5 et les côtés 9, 11 et 13 Les alésages 14 et 15 peuvent etre contre-alésés en de manière à maximiser les surfaces des anodes 7 et 8

qui sont exposées à la décharge luminescente dans la ca-

vité La cavité est remplie d'un gaz inerte, typiquement d'un mélange d'hélium et de néon, puis scellée Chaque

anode 7 et 8 comporte un alésage fileté 17 et 18, respec-

tivement, de manière à recevoir un contact électrique (non

représenté) -

De manière à minimiser le problème du blocage,une sollicitation est conférée au gyroscope en utilisant le procédé de "tremblotement" selon lequel le bloc 1 oscille autour de l'axe de tremblotement 22 du gyroscope, axe qui

passe par le centre de gravité du bloc, mais qui est dé-

calé par rapport à son centre géométrique Ce tremblote-

ment mécanique peut être conféré au bloc 1 par une construc-

tion décrite dans la demande de brevet britannique N O

81 32437.

Pendant l'effet laser, deux faisceaux contra-ro-

tatoires de lumière se propagent autour de la cavité, la

lumière étant réfléchie aux sommets de la cavité triangu-

laire par les miroirs 6, L'un des miroirs 6, représenté dans l'angle inférieur droit du bloc 1 de la figure 1, transmet partiellement les faisceaux lumineux, formant

ainsi un miroir de sortie pour le gyroscope Par consé-

quent, deux faisceaux lumineux 23, 24 sortent de la cavi-

té et sont combinés de manière à former des franges d'in-

terférence, puis sont traités par un moyen de traitement qui sera maintenant décrit, Le moyen de traitement 25 produit à partir des faisceaux 23, 24 un signal de sortie

25324 18

7, non corrigé de gyroscope grâce à un moyen classique De plus, le moyen de traitement 25 donne un signal d'erreur représentatif du contenu en bruit du signal de sortie de

gyroscope dû aux changements de phase conférés aux fais-

ceaux lumineux par les inter-actions indésirables se pro-

duisant entre-eux, et combine ce signal d'erreur ausi-

gnal de sortie non corrigé de gyroscope de manière à four-

nir un signal de sortie corrigé de gyroscope Le miroir 6

représenté à la partie supérieure de la figure 1 est équi-

pé d'un transducteur piézoélectrique de façon à permettre le réglage de la longueur de trajet dans la cavité de la

manière classique.

Avant de décrire les diverses formes du moyen de traitement 25 représenté en figures 2 à 5, on procédera à une analyse théorique du contenu en signal de la sortie

d'un gyroscope à laser en anneau.

La sortie d'un tel gyroscope est donnée par: YT a T + f(t) dt + c sin Y dt

O

o W est l'angle relatif de phase des faisceaux lumineux contrarotatoires, choisi pour simplifier par rapport à l'angle qui élimine une constante de l'argument du terme sin Y y T est Y à l'instant t = T Y est 'Y à l'instant t = o o a est la vitesse imprimée extérieurement, multipliée par

la fonction de transfert du gyro -

b la valeur de crête de la vitesse de tremblotement multi-

pliée par la fonction de transfert du gyro.

3 O

c le seuil de blocage du gyroscope à laser en anneau, mul-

tiplié par la fonction de transfert du gyro,

f(t) est la fonction de tremblotement normalisée, compre-

nant une grande composante périodique et une petite compo-

sante aléatoire,

La contribution directe de f(t) au bruit de sor-

tie est annulée par compensation optique du mouvement de tremblotement, technique bien connue des fabrications de gyroscopes à laser en anneau, Cela donne un terme d'erreur

8 2532-418

d'erreur résiduelle C sin dt qui est la source du o

bruit de sortie gênant.

Le bruit peut être compensé en estimant le terme

d'erreur et en le soustrayant continuellement de la sor-

tie du gyro.

La présente invention est basée sur le fait que

les deux faisceaux d'un gyroscope à laser en anneau peu-

vent être combinés pour former des franges d'interférence

dans l'espace, dont l'intensité sur diverses petites sur-

faces spatiales peut être détectée par un moyen photo-

sensible de manière à donner une sortie électrique ayant la forme I lsin (y + d) + S l o I est un facteur d'échelle, e un angle de décalage fonction de la position spatiale du transducteur, et S un décalage qui est fonction

des imperfections du transducteur, de l'inégalité des in-

tensités des deux composantes de faisceau extraites de

la cavité laser, et de la lumière parasite.

Le terme I sera généralement constant pour un gy-

roscope bien construit, mais variera d'un gyro à laser en anneau à l'autre Le terme S sera généralement instable à cause de la dépendance des transducteurs vis-à-vis de la

température, en particulier des courants de fuite des pho-

todiodes et des phototransistors Le terme e sera stable

dans un gyro bien construit, cela étant une condition es-

sentielle pour la détection usuelle de la sortie, qui im-

plique également des franges d'interférence Le terme sera ajusté pendant la fabrication en faisant appel aux

techniques bien connues de l'homme de l'art, qui permet-

tent l'alignement des composants optiques de gyroscopes

à laser en anneau,.

Si les franges d'interférence sont formées sur deux transducteurs adaptés, pas trop éloignés l'un de l'autre (une photodiode fractionnée est un exemple d'une

telle paire de transducteurs), et qu'on fait la différen-

ce des sorties, le terme instable S sera alors annulé et le terme restant pourra être intégré par rapport au temps de façon à donner une estimation de l'erreur, comme 9.

cela est décrit dans ce qui suit.

Supposons que la différence de phase résultant de

la séparation spatiale des-deux transducteurs est 2 a.

L'angle a n'a pas besoin, et ne le sera généralement pas, d'être reproductible d'un ensemble à l'autre,mais sera

constant pour un ensemble donné.

De plus, supposons que le facteur de gain de l'intégrateur soit A/C lorsque la sortie de l'intégrateur sera S(t) = | sin (ô + 8 + a) + S sin (n + O a) El dt C 2 A sin (-a)) 'cos ( 4 + O) dt C

= 2 AI

C 2 AI sin (-a) cos os S dt + ê sin a sin sin * dt

Le dernier de ces termes est directement propor-

tionnel au terme d'erreur et dans le-but d'annuler le bruit de sortie du gyro, il doit être soustrait en isolement, polarité correcte et proportion correcte de la sortie du gyro. Un processus permettant d'y parvenir, étant donné un moyen de soustraction, consiste à ajuster e pendant

l'alignement optique du gyro et à faire varier alternati-

vement A et O dans un ajustement itératif de manière à ob-

tenir un bruit minimum de sortie au gyro Au point d'ali-

gnement correct, O = N étant un nombre impair.

2 +

Alors, cos O = o, isolant le dernier terme, et sin 8 = -1,

quel que soit celui qui donne la polarité correcte L'ajus-

tement de A permet de rendre 2 AI sin équivalent à c dans C le traitement de la phase de sortie, ou un sous-multiple

de c dans un système à meilleure résolution.

Clairement, une réduction notable du bruit est possible pour des alignements qui donnent des valeurs de proches de la valeur idéale, mémesi O ne peut être exactement obtenu, Le processus d'ajustement n'est économique que si , l'opérateur procédant à cet ajustement dispose d'un moyen rapide permettant d'estimer le bruit de sortie du gyro Un certain nombre d'équipements spéciaux permettent de faire cette estimation, mais un moyen particulièrement commode est l'analyse spectrale On trouve facilement dans le commerce des analyseurs de spectres, qui fonctionnent

très rapidement en utilisant les méthodes de la transfor-

mée de Fourier rapide Si le spectre de fréquence de la sortie du gyro à laser est observé à une vitesse imprimée constante,la ligne spectrale ou le découpage des lignes

correspondant à cette vitesse est élargi proportionnelle-

ment au bruit et donne une indication visuelle rapide de la sortie en bruit La rotation de la terre fournit une

source commode de vitesse très stable.

La réalisation physique des techniques peut être simple et peu coûteuse Un exemple est donné en figure 2 des dessins d'accompagnement En figure 2, le moyen de traitement 25 comprend deux photodiodes adaptées 26, 27,

de préférence des segments sur une seule pastille à semi-

conducteur On remarquera que les photodiodes 26,' 27 sont éclairées par les franges d'interférence 21 des faisceaux

23, 24 Les photodiodes 26, 27 sont reliées à des tran-

sistors adaptés de précision respectifs 28, 29, là encore des plus commodément réalisés, en les prévoyant tous deux sur une seule pastille Les collecteurs des transistors

28, 29 sont reliés à des entrées respectives d'un amplifi-

cateur opérationnel 30 avec un faible courant différentiel

d'entrée Un condensateur d'intégration 32 est branché en-

tre la sortie et une entrée de l'amplificateur 30 La sor-

tie de l'amplificateur 30 est reliée à un circuit à gain variable 33, Les transistors 28, 29 forment un agencementà courants en rapport géométrique et peuvent être combinés à l'amplificateur 30 sur une seule pastille pour former un amplificateur opérationnel d'entrée appelée Norton, On

trouve dans le commerce des amplificateurs Norton, et ceux-

ci permettront des économies dans la fabrication du dis-

positif L'amplificateur opérationnel 30 maintient à O le différentiel de tension entre ses bornes d'entrée

positive et négative de sorte que la tension à sa sor-

tie est due seulement au courant fourni au condensa-

teur 32 pour le charger, courant qui est le courant de différence provenant de l'agencement à courants en rap- port géométrique, c'est-àdire la différence entre les courants traversant les photodiodes 26 et 27, Le courant

différentiel ne traverse pas l'amplificateur opération-

nel à cause de sa résistance élevée d'entrée Ainsi, la sortie de l'amplificateur 30 est l'intégrale par rapport

au temps, du courant fourni au condensateur 37.

La sortie en courant de la photodiode 26 (c'est-

à-dire: I sin (Y + b + a) + s) est en rapport géométri-

que au collecteur du transistor 29 de sorte que la dif-

férence entre ce courant et le courant sortant de la

photodiode 27 circule vers l'entrée d'inversion de l'am-

plificateur 30 L'action de l'amplificateur 30 est de pro-

voquer l'annulation de ce courant par un courant égal

et opposé traversant le condensateur 32 pour se diri-

ger vers l'entrée d'inversion, ce qui a pour effet de maintenir les entrées d'inversion et de non-inversion à un

potentiel presque identique Le résultat est l'accumula-

tion d'une charge, Q, sur C qui est donnée par Q = I Xlsin (Y + 8 + a) sin (Y + a) I dt

et un changement correspondant du potentiel à à la sor-

C tie de l'amplificateur 30 Ainsi, la fonction S(t) est produite après le circuit 33 à gain variable, dont le gain

est désigné par A et qui peut être un simple potentiomè-

tre,

Pour réduire les erreurs dues aux courants de po-

larisation l'entrée de non-inversion de l'amplificateur est renvoyée à la jonction de la photodiode 26 et du

transistor 28, ce qui signifie que la sortie est rappor-

tée au potentiel de cette jonction, Si un processus de traitement est choisi à la suite de l'intégrateur de façon

qu'il soit nécessaire de référer S(t) à zéro volt, l'en-

* trée de non-inversion de l'amplificateur 30 peut être

25324 18

12, ramenée à zéro volt au lieu du collecteur du transistor 28 Dans ce cas, la contrainte de l'amplificateur 30 est qu'il doit avoir de faibles courants de polarisation

d'entrée au lieu d'un faible courant de décalage d'en-

trée Dans le schéma simple de la figure 2, le moyen

d'intégrateur (formé par l'amplificateur 30 et le conden-

sateur-32) finira par se saturer à la suite des petits décalages d'entrée qui sont inévitables dans un ensemble

pratique Pour éviter cela, la réponse en très basse fré-

quence du moyen d'intégrateur devrait être limitée et

il y aurait une défaillance correspondante dans la compen-

sation des composants à très basse fréquence du bruit Cet

inconvénient peut être surmonté en utilisant une techni-

que de recharge-qui sera décrite ci-après.

Le signal d'erreur analogique ou de correction

S(t) est combiné au signal de sortie non corrigé du gyros-

cope pour former un signal de sortie corrigé de gyrosco-

pe Le signal de sortie non corrigé du gyroscope est ob-

tenu à partir des faisceaux 23, 24 dans le moyen de traite-

ment 25 grâce à des techniques classiques.

La sortie d'un gyroscope à laser en anneau a géné-

ralement une forme numérique, de sorte que le moyen le plus facile pour soustraire le signal d-'erreur ou de correction du signal de sortie non corrigé implique des techniques numériques Lors de la mise en interface avec un système numérique,il est commode d'utiliser l'intégrateur comme partie d'un convertisseur analogique/numérique plutôt que d'exécuter une conversion analogique/numérique séparée sur la fonction S(t) En dehors du fait que l'on obtient une -30 réduction des coûts cela présente deux avantages techni

ques, -

Tout d'abord, la plage aléatoire de la sortie du gyroscope à laser en anneau n'est pas théoriquement limitée, de sorte qu'ily a éventuellement un problème

avec la gamme dynamique de l'intégrateur, Cela est surmon-

té en configurant l'intégrateur pour qu'il forme une par-

tie d'un convertisseur analogique/numérique avec intégra-

teur rechargé.

13,

En second lieu, la polarisation de la conver-

sion analogique/numérique devient effectivement une polari-

sation de gyro, de sorte qu'il est nécessaire de faire une

conversion avec une polarisation très stable et, de pré-

férence, petite Les-convertisseurs analogiques/numériques ayant la polarisation la plus faible que l'on trouve dans

la technologie sont basés sur des techniques d'intégra-

tion, en particulier les convertisseurs basés sur le prin-

cipe de 'la modulation delta-sigma ("quantisateurs"), com-

me cela est décrit dans la demande de brevet britannique né 82 24 585 e

La figure 3 représente l'une des façons possi-

bles permettant d'y arriver et comprend un simple conver-

tisseur analogique/numérique En figure 3, les photodio-

des 26, 27 sont reliées à un amplificateur Norton 34, équi-

valent aux transistors 28, 29 et à l'amplificateur 30 de la figure 2, La sortie de l'amplificateur 34 est appliquée a un comparateur de fenêtre 35, qui à son tour est relié à un circuit logique 36 de traitement et de commande de

commutateur ayant une entrée d'horloge 36 a Le circuit lo-

gique 36 commande des commutateurs 37 qui sont reliés à une source de courant réglable 38 La sortie du circuit 36 est un signal numérique d'erreur ou de correction qui est combiné numériquement au signal de sortie numérique non corrigé du gyroscope, ce dernier signal étant obtenu (dans le moyen de traitement 25) à partir des faisceaux 23, 24 par les techniques classiques déjà mentionnées

Les commutateurs 37 de la figure 3 sont des com-

mutateurs-inverseurs analogique doubles, et sont indépen-

damment contrôlables par le circuit logique 36, de sorte qu'un courant positif, négatif ou nul peut être renvoyé par un fil 39 au moyen d'intégrateur (formé par l'amplificateur

34 et le condensateur 32) pendant un laps de temps défini.

Les courants positif et négatif doivent être égaux de ma-

nière à minimiser la polarisation de la conversion, Des quantités de charge définies (ou quanta) sont renvoyées si nécessaire de manière à recharger le moyen d'intégrateur à l'intérieur de l'ouverture du comparateur de fenêtre 35 14, Le signal numérique d'erreur ou de correction présente une relation un-un avec ses quanta et est, par conséquent, une

représentation de l'intégrale du courant de différence ap-

pliqué à l'amplificateur Norton 34 Une caractéristique particulière du circuit est que le gain total est détermi- né par la valeur du quantum de réaction et peut, par conséquent, être plus pratique pour faire varier le gain

en réglant la source de courant 38, comme indiqué.

Le circuit de la figure 4 fonctionne sur des principes semblables à ceux de la figure 3 Cependant,

en figure 4, l'amplificateur 34 est relié à deux compara- teurs 40, 42 qui sont commutés à une bascule double 43 fonc-

tionnant entre V et v La bascule (formant le circuit logique de réaction) est rythmée sur un fil 44 par des circuits decommande de tremblotement Cela constitue un

perfectionnement avantageux, mais non essentiel Le rythma-

ge à la cadence de tremblotement provoque l'annulation par la contribution de tout mouvement de tremblotement non

compensé optiquement par intégration sur un cycle de trem-

blotement et,par conséquent, ne doit pas être traité par

le circuit de conversion analogiqué-numérique et les cir-

cuits ultérieurs, En particulier, il permet de réduire l'importance nécessaire du quantum de réaction dans les cas o la compensation optique est loin d'être parfaite Cela permet d'utiliser un circuit plus simple, bon marché pour la

commande des commutateurs et la source de courant.

La bascule 43 commande un commutateur à diode à

trois états 45 alimenté par une source de courant bipolai-

re réglable 46, Les impulsions numériques de correction sont obtenues aux deux sorties d'un circuit en série de quatre portes NON OU 47, Dans un système numérique tel que celui venant

d'être décrit, les quanta de correction peuvent varier li-

brement de façon à ne plus correspondre à des rotations complètes du vecteur de phase relative, En particulier, ils peuvent être adaptés de façqon qu'une fraction d'une

rotation soit rendue disponible par un système d'amélio-

ration de résolution tel que celui décrit dans la demande ,

de brevet britannique n 8224584 et par conséquent amélio-

re encore la précision à court terme,.

Une autre économie peut être effectuée-en utili-

sant les photodiodes et la paire de transistors adaptés du circuit de réduction de bruit pour constituer une partie

d'un circuit d'amélioration de la résolution, En figure -

, les signaux logiques nécessaires pour une partie d'un circuit d'amélioration de la résolution proviennent du circuit de réduction de bruit par détection de la polarité

de la différence de courant analogique entre les détecteurs.

Cette forme de traitement de sortie permet de conserver l'avantage qu'il y a A utiliser des réseaux de détecteurs différentiels en ce sens que le décalage instable dans la sortie des détecteurs est annulé directement, permettant

à la fréquence de réponse du système d'être continuelle-

ment réduite Cela permet de faire fonctionner le système à de très faibles vitesses de sortie du gyro même lorsque

la compensation optique est parfaitement efficace.

En figure 5, les phnotodiodes 26, 27 constituent deux des photodiodes du réseau de quatre photodiodes Les deux autres étant représentées en 48 et 49 Les photodiodes

26, 27, 48 et 49 constituent un réseau Iinéaire de photo-

diodes couvrant une demi-longueur d'onde des franges d'in,-.

terférence Les sorties de la paire de photodiodes 26, 27

sont appliquées à une première paire de transistors adap-

tés 50,et les sorties de la paire de photodiodes 48, 49 sont appliquées à une seconde-paire de transistors adaptés 52 Des impulsions représentant le signal de sortie non

corrigé de gyroscope sont obtenues à la sorti e-d'une logi-

que de traitement-de sortie 53 qui est reliée aux paires de transistors respectives 50, 52 par des comparateurs 54, ,

Les impulsions représentatives du signal d'er-

reur ou de correction proviennent d'un circuit à courant de recharge 56, rythmé en 57 r les impulsions de correction

étant combinées au signal pulsé non corrigé dans-un combi-

nateur numérique 5-8, Le circuit 56 produit le signal de

correction à partir de la paire de transistors 50, par l'in-

16, termédiaire d'une résistance de détection de courant 59 et de l'amplificateur 30 et du condensateur 32, Cela constitue une information suffisante dans les sorties des deux comparateurs 54, 55 pour définir les positions des franges d'interférence au quart d'une lon-

gueur d'onde et par conséquent, le vecteur de phase relati-

ve dans une fourchette de pius ou moins C'est-à-dire que les sorties des deux paires de transistors 50 et 52 sont représentatives de l'amplitude du déplacement de la forme d'onde d'interférence et de sa direction, comme cela

est décrit en détail dans la demande de brevet britanni-

que n B 5044, Bien que la présente invention ait été décrite dans le cas de son application à un gyroscope à laser en anneau comportant une cavité monobloc (c'est- à-dire dans

lequel le milieu de fonctionnement laser occupe une cavi-

té continue sous forme d'un trajet sans fin à l'intérieur du bloc 1), la présente invention peut s'appliquer à un

gyroscope à laser ayant une cavité modulaire, dans laquel-

le le milieu de fonctionnement laser est confiné à une partie du trajet lumineux sans fin à l'intérieur du

bloc 1.

Le gyroscope à laser peut être électriquement, et non mécaniquementsoumis à un tremblotement de manière

à éviter le blocage, les erreurs résultantes étant rédui-

tes ou éliminées de la même manière décrite précédemment.

-1 2532418

17,

Claims (7)

REVENDICATIONS

1 Gyroscope à laser en anneau comprenant un

ensemble dans lequel-est formé un trajet fermé autour du-

quel en fonctionnement, deux faisceaux contra-rotatifs se propagent, une pluralité de miroirs pouvant fonctionner pour transmettre les faisceaux lumineux autour du trajet,

au moins l'un des miroirs étant partiellement transmet-

teur de manière à former un miroir de sortie pour les fais-

ceaux lumineux, un moyen permettant de conférer une varia-

tion de phase oscillatoire, non réciproque, aux faisceaux

lumineux afin de réduire leurs erreurs de blocage, un mo-

yen répondant aux faisceaux lumineux transmis par l'inter-

médiaire d'un miroir de sortie pour produire un signal de sortie du gyroscope, un moyen de réduction de bruit répondant également aux faisceaux lumineux transmis par

l'intermédiaire d'un miroir de sortie pour donner un si-

gnal d'erreur représentatif du contenu en bruit du signal

de sortie du gyroscope dû au changement de phase non réci-

proque conféré aux faisceaux lumineux, et un moyen de combinaison pour faire la somme algébrique du signal d'erreur et du signal de sortie non corrigé du gyroscope afin de fournir un signal de sortie corrigé de gyroscope,

le moyen de réduction de bruit comprenant un moyen de dé-

tection pour fournir un signal représentatif d'une fran-

ge d'interférence des deux faisceaux lumineux, et un moyen d'intégration pour intégrer le dernier signal et donner

le signal d'erreur.

2 Gyroscope selon la revendication 1, carac-

térisé en ce que le moyen de détection comprend deux photo-

détecteurs exposés à la forme dfonde sinusoidale représen-

tant les franges d'interférence.

3 Gyroscope selon la revendication 2, carac-

térisé en ce que le moyen de détection comprend en outre,un agencement à courant en rapport géométrique auquel sont

appliquées les sorties des photodétecteurs-

4 Gyroscope selon la revendication 3, caracté-

risé en ce que l'agencement à courant en rapport géométri-

que et le moyen d'intégration sont constitués 'ensemble par 18.

un amplificateur opérationnel d'entrée dit Norton.

Gyroscope selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 4, caractérisé en ce que le signal d'erreur a une forme numérique, le signal de sortie non corrigé étant également sous forme numérique; et le moyen de com-

binaison combine numériquement le signal d'erreur et le si-

gnal de sortie non corrigé.

6 Gyroscope selon la revendication 5, caracté-

risé en ce que le moyen d'intégration est inclus dans un

convertisseur analogique/numérique.

7 Gyroscope selon la revendication 6, carac-

térisé en ce que le convertisseur analogique/numérique est

un modulateur delta-sigma.

8 Gyroscope selon l'une quelconque des revendi-

cations 1 à 7, dépendant de la revendication 2, o les pho-

todétecteurs constituent des photodétecteurs d'un réseau de photodétecteur d'o on obtient le signal de sortie non

corrigé du gyroscope.