FR2551543A1

FR2551543A1 - Gyroscope optique

Info

Publication number: FR2551543A1
Application number: FR8406777A
Authority: FR
Inventors: Ivan A Greenwood
Original assignee: Singer Co
Current assignee: Singer Co
Priority date: 1983-08-11
Filing date: 1984-05-02
Publication date: 1985-03-08
Also published as: AU3164284A; GB2145222B; SE8403639D0; IT8421744A0; FR2551543B1; IT1174234B; GB8411798D0; NO842909L; JPS6060513A; DE3429802A1; SE8403639L; US4545682A; GB2145222A

Abstract

A)GYROSCOPE OPTIQUE. B)UN SIGNAL D'UNE SOURCE LUMINEUSE10 EST MODULE EN AMPLITUDE PAR UN SIGNAL SINUSOIDALE MODULE EN PHASE ET TRAVERSE DEUX COUPLEURS DIRECTIONNELS14, 18 POUR REALISER DEUX FAISCEAUX. LES FAISCEAUX SONT TRANSMIS AUX EXTREMITES D'UNE BOBINE EN FIBRES OPTIQUES26 POUR S'Y PROPAGER DANS DES SENS CIRCULAIRES OPPOSES. UN MODULATEUR DE PHASE OPTIQUE24 EST PRESENT A UNE EXTREMITE DE LA BOBINE POUR QU'UNE MODULATION EN PHASE A FREQUENCE ET AMPLITUDE FIXES SOIT IMPOSEE A UN PREMIER FAISCEAU LORSQU'IL ENTRE DANS LA BOBINE26 ET A UN FAISCEAU SE PROPAGEANT EN SENS INVERSE LORSQU'IL QUITTE LA BOBINE26. LES FAISCEAUX SE PROPAGEANT EN SENS INVERSE PRODUISENT UN SIGNAL AU NIVEAU D'UN PHOTODETECTEUR34 QUI EST FONCTION DE LA VITESSE DE ROTATION. UNE UNITE DE CONTROLE ELECTRONIQUE15 EST RELIEE AU PHOTODETECTEUR34 POUR GENERER EN SORTIE UN SIGNAL DIGITAL A UNE FREQUENCE QUI EST UNE MESURE DE LA VITESSE DE ROTATION. UNE BOUCLE DE RETROACTION EST COMPLETEE PAR L'APPLICATION D'UN SIGNAL PRODUIT PAR L'UNITE DE CONTROLE15 A LA SOURCE LUMINEUSE MODULEE EN AMPLITUDE10 POUR ANNULER LE DEPHASAGE DU A LA VITESSE DE ROTATION. C)APPLICATION: GYROSCOPE A INTERFEROMETRE

Description

La présente invention concerne les gyroscopes à interféromètre et à trait

notamment à un gyroscope à laser

à optique en fibres.

Ces dernières années, des gyroscopes à laser à 5 optique en fibres ont été proposés réalisés parla mise en oeuvre du phénomène reconnu depuis longtemps dans l'interféromètre Sagnac, comme le décrit la publication de Culshaw et Giles "Fibre Optic Gyroscopes", J Phys E Sci Instrum, Vol 16, 1983, pages 5-15 Le concept de base est que de 10 la lumière se propageant dans le sens des aiguilles d'une montre et en sens inverse dans une bobine à optique en fibres> en sort avec une légère différence dans le temps et par conséquent une différence de la phase optique entre les deux trajets lorsque la bobine tourne autour de son axe. 15 Les progrès plus récents dans ce domaine sont représentés par le brevet US NO 4 273 444 au nom de Pool et al et le brevet US N 4 299 490 au nom de Cahil et al Dans le type de gyroscope optique à annulation de phase décrit par cesbrevets, on trouve une source de lumière et des premier et second moyens de modulation respectivement d'une fréquence fixe sur une première portion d'une émission de la source lumineuse et de modulation d'une fréquence variable

sur une seconde portion de l'émission de la source lumineuse.

Un trajet lumineux est prévu qui présente un axe de sensibil25 ité, la rotation autour duquel doit être mesuré Le trajet lumineux est disposé de façon que la première composante modulée suive le trajet lumineux en un sens et que la seconde composante modulée suive le trajet lumineux dans le sens opposé Les premier et second moyens de modulation agissent 30 chacun sur une portion respective des première et seconde portions lumineuses avant qu'elle n'ait couru le trajet lumineux et une autre portion respective des portions lumineuses après qu'elle ait parcouru le trajet lumineux pour influencer les deux de la même manière Des moyens sont prévus de production d'un signal représentant la différence de phase entre les première et seconde portions modulées introduites par la rotation du trajet lumineux autour de l'axe de sensibilité lorsque les première et seconde portions parcourent le trajet lumineux Des moyens sont prévus en outre permettant d'intégrer le signal représentant la différence de phase Les moyens d'intégration servent à 5 changer la fréquence variable afin de produire un signal représentant une différence de phase nulle Ainsi, la différence entre les fréquences fixes et variables représentent la vitesse de rotation de la bobine de fibres autour de son

axe de sensibilité.

Bien qu'il soit possible de réaliser un gyroscope à laser à optique en fibres qui est précis par la mise en oeuvre des enseignements de l'art antérieur, on est amené à prévoir des décaleurs defréquence afin d'obtenir une différence de phase nulle Comme il en est question dans le brevet au nom de Pool, on utilise habituellement deux dispositifs acousto- optiques De tels dispositifs sont difficiles à fabriquer et couteux Ils nécessitentdes quantités d'energie relativement importanteset tendent à avoir des problèmes dûs à de l'énergie acoustique parasite On les considère en 20 générale comme n'apportant pas une solution de production satisfaisante On considère les décaleurs de fréquence électroptiques comme plus satisfaisantset on les a réalisés

sous forme de modulateurs optiques à une seule bande laterale.

Toutefois, l'état de l'art n'a pas encore permis de réaliser 25 un modulateur satisfaisant de ce type.

La présente invention représente un départ par rapport à l'approche de l'art antérieur Au lieu d'utiliser les éléments de décalage de fréquence comme décrit, la présente invention comprend des moyens déstinés à faire émettre une source lumineuse à laser selon une boucle fermée afin d'atteindre l'annulation de phase désirée L'essence de la présente invention est que deux fréquences différentes de t O se propagent tous les deux dans le sens des aiguilles d'une montre et en sens inverse dans une bobine de fibres, plutôt qu'une seule fréquence suivant chaque direction, comme c'est le cas dans l'art antérieur Grâce à des modulations de phase appropriées, chaque fréquence et chaque direction

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se trouve "étiqueté ce qui permet d'éxtraire une combinaison désirée tout en rejetant tous les autres termes.

Cette complexité conceptuelle conduit à une simplificaton de l'appareil La solution apportée par la présente inven5 tion permet d'utiliser des composants stables, fiables et de faible coût qui consomment relativement peu d'énergie Il en résulte l'obtention d'un gyroscope d'un coût sensiblement moindre que ceux de l'art antérieur On obtientces avantages

tout en conservant une grande précision.

Une forme d'ex 6 cution de la présente invention est décrite ci-après à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est un schéma synoptique d'un

gyroscope optique de l'art antérieur.

la figure 2 est un schéma synoptique de la présente invention; la figure 3 est un schéma synoptique d'une unité de commande conforme à la présente invention; et la figure 4 est une illustration graphique de

signaux en divers points du circuit de la présente invention.

Avant de procéder à une description de la

présente invention, il sera utile de rappeler le gyroscope à laser à optique en fibres d'annulation de phase décrit dans le brevet précité US 4 299 490 au nom de Cahill et al. Comme on le voit sur la figure 1, de la lumière provenant d' un laser à une seule fréquence 1 traverse un dédoubleur de faisceau 2 Un faisceau est renvoyé sur un détecteur 3 qui contrôle les fluctuations étrangères de l'amplitude du laser et fournit une correction à un amplificateur de contrôle de 30 gain pour assurer la normalisation du niveau de signal dans le système de rétroaction électronique 8 Le second faisceau est intercepté par le dédoubleur de faisceau 4 et est dirigé sur chaque extrémité d'une bobine en fibres produisant deux faisceaux se propageant en sens inverse Lorsque la bobine tourne autour de son axe de symétrie, les longueurs relatives des trajets des deux faisceaux seront modifiéés Lors de la rotation dans le sens des aiguilles d'une montre (cw) de la bobine, la longueur de trajet du faisceau cw s'allongera alors que le trajet du faisceau tournant en sens inverse des aiguilles d'une montre (ccw) se raccourcira Par conséquent, les deux faisceaux sont sujet à un décalage de phase non reciproque dû à la rotation Avant d'entrer dans la bobine en fibres 5, le faisceau ccw traverse un dédoubleur de fréquence 6, alors que, au contraire, le faisceau cw entre d'abord dans la

bobine en fibres et traverse ensuite le dédoubleur de fréquence.

Par conséquent, les deux faisceaux sont d'une même fréquence 10 lorsqu'ils sont mélangés par le détecteur 7, bien qu'ils soient de fréquences différentes lors de leur propagation en sens inversesdans la bobine de fibre L'action du dédoubleur de fréquence est double: A en modifiant la fréquence d'un des faisceaux se propageant en sens inversespar rapport à 15 l'autre dans la bobine de fibre, il produit un décalage de phase non réciproque, que l'on peut utiliser pour annuler le décalage de phase non réciproque dû à la rotation et B il fournit les moyens permettant de réaliser un décalage de phase rélative oscillatoire (oscillation de phase) entre les 20 faisceaux se propageant en sens inverses pour réaliser un procédé de détection à courant alternative sensible à la phase Lors d'une modification de la vitesse de rotation, un signal est détecté qui est la première harmonique de l'oscillation de phase avec un amplitude proportionelle à la 25 modification de la vitesse de rotation Ce signal est envoyé sur un démodulateur synchrone faisant partie du système de rétroaction électronique, o il est redressé et appliqué sur un filtre passe-bas Le signal de modification de vitesse

de rotation est appliqué sur un intégrateur 9 dont la tension 30 de sortie est proportionnelle à la vitesse de rotation.

L'oscillateur commandé par la tension (VCO) 10 produit ensuite un décalage de fréquence rélative dans les deux faisceau se propageant en sens inverses,ce qui a pour effet d'annuler le décalage de phase du au changement de la 35 vitesse de rotation Le VC O fournit une sortie numérique sous forme de fréquence proportionnelle à la vitesse de rotation Comme on l'a déjà mentionné ci-dessus, on se trouve face à des difficultés techniques et à des facteurs de coot elévé lorsqu'on tente de réaliser un décaleur de fréquence

optique adéquat 6.

En référence à la figure 2, afin d'éliminer ces difficultés, la présente invention s'écarte de l'art antérieur en utilisant une source lumineuse O l pilotée par un dispositif de modulation d'amplitude 11 Selon un mode de réalisation préferé de l'invention, la source lumineuse est constitué par une diode suprarayonnante telle que celle commercialisée par l O la Société dite General Optronics Corporation of New Jersey sous le numéro GOLS 3000 On pourrait utiliser une diode électroluminescente ou une diode à laser Il est souhaitable que la source lumineuse ait un spectre optique large afin de réduire le bruit rétrodiffusé etei Lidoit avoir une forme 15 de spectre Gaussienne afin de reduire l'effet de Kerr Le pilote ll peut être du type commercialisé par le General Optronics Corporation et connu sous le nom d'émetteur à laser analogique, modèle GOANA L'amplitude de la lumière émise par la source 10 est modulée selon la tension de commande 20 d'entrée sur le conducteur 13 La tension de commande est générée par une unité de commande 15, comme le montre la

figure 3 et que l'on va décrire ci-après.

Un faisceau modulé 12 provenant de la source lumineuse est envoyé sur un coupleur optique directionnel 25 14 qui sert de dédoubleur de faisceau Une portion de faisceau est transmise par un élément de polarisation 16 en vue de sa transmission vers un second coupleur optique directonnel 18 Les coupleurs directionnels sont commercialisés par la société dite Andrew Corporation of Orland Park Illinois 30 et sont identifiés par le fabricant comme coupleur à fibres D Un élémént de polarisation approprié est commercialisé par la société dite York Technology Ltd of Winchester, England. Un second coupleur directionnel 18 est raccordé 35 par une première branche 20 avec une bobine de fibres 26 et par une seconde branche 22 Les fonctions des coupleurs directionnels 14 et 18 et de l'élément de polarisation 16 sont analogues à celles décrites à propos de l'art antérieur représenté par la figure 1 Les considérations que l'on doit tenir en compte pour réaliser un coupleur directionnel 5 à optique de fibres alternatif approprié sont décrits dans l'article "Single Mode Fiber Optic Components" de R A Bergh et al paru dans la revue SPIE, Vol 326, Fiber OpticsTechnology-82 ( 1982) à la page 137 Un modulateur de phase standard 24 est intercalé dans la branche 22 et sert à produire un déphasage relatif oscillatoire entre les faisceaux se propageant en sens inverses pour réaliser la détection sensible à la phase alternative et pour permettre le rejet de composantes indésirables des signaux Le modulateur de phase utilisé peut être d'un type classique comme celui décrit dans l'article "Closed-Loop, Low-Noise Fiber-Optic Rotation Sensor" de Davis et Ezekiel paru dans la revue

Optics Letters, octobre, 1981, Vol 6, N 10 à la page 505.

Le modulateur de phase 24 étant monté comme indiqué dans le circuit, le faisceau se propageant dans le sens des aiguilles d'une montre (cw) subit une modulation de phase après avoir traversé la bobine de fibresentière 26 et en sort au point 28 Inversement, le faisceau se propageant en sens inverse des aiguilles d'une montre (ccw) subit une modulation de phase avant d'entrer dans la bobine de 25 fibres 26 Il en résulte que les faisceaux se propageant en sens inverse subissent un déphasage relatif oscillatoire en traversant la bobine Le signal de retour traversant le coupleur directionnel 18 subit ensuite une polarisation au niveau de l'élément de polarisation 16 Après quoi le 30 faisceau est dédoublé par le coupleur directionnel 14 déjà mentionné et les signaux mélangés frappent le photodétecteur 34 La sortie 42 du photodétecteur 34 pilote une unité de contrôle 15, que l'on décrit ci-après, qui produit une entrée envoyée sur le conducteur 30 au modulateur 24 L'unité 35 de contrôle 15 émet en outre un signal sur le conducteur 40 qui constitue la sortie gyroscopique représentant la rotation du mécanisme de détection gyroscopique, c'est à

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dire la bobine de fibre, autour de l'axe de rotation 38 Un photodétecteur typique 34 peut être du type commercialisé par la société RCA et classé comme photodétecteur au silicium

modèle C 30815.

Pour une meilleuie compréhension de la présente invention, on se réfère à la figure 4 qui illustre la transposition de signaux entre la source lumineuse et le détecteur, en s'appuyant sur la mathématique La source lumineuse 10, en l'absence d'une modulation du pilote 11, fournit un signal 10 à onde continuesous la forme de cos b 2 t Bien que les équations suivantes puissent être géneraliséeset qu'une modulation à 100 pour cent ne soit pas nécessaire, à des fins de simplification on va supposer que le modulateur 11 fonctionne avec une modulation à 100 pour cent pour que la forme 15 de l'onde modulante ait la forme: cosl 44 Ut/2 + 0,s int Jm( t +T) Le vecteur électrique de la lumière provenant de la source 20 modulée peut être éxprimée comme: E=cos 50 t ' coslwt/2 + O sin m(t+V)J =cos (o Jt+Avt/2 + O O sint t+t)

+ cos (wot-A Jt/2-0 O sin m (t+t)).

Schématiquement, la figure 4 représente la sortie de la lumière modulée comprenant une bande laterale supérieure et une bande latérale inférieure définies par ces membres de l'équation Chaque bande latérale comprend un terme d'ampli30 tude de phase O et une fréquence de modulation de phase de Wa Le retard de la lumière traversant la bobine est m indiquée par t Le terme dapparaft, en raison de sa présence désirée, à la sortie du gyroscope en tant que mesure de la vitesse de rotation, et en tant que composante 35 du signal d'erreur d'annulation de phase Dans la mesure o les composantes des bandes latérales supérieure et inférieure de la sortie du modulateur traversent la bobine

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chacune dans les deux sens, dans le sens des aiguilles d'une montre et en sens inverse, les deux faisceaux se propageant dans le sens des aiguilles d'une montre et les deux faisceaux se propageant en sens inverse des aiguilles d'une montre traversent la bobine 26 comme le montre la figure 4 En raison de la rotation, la bobine introduit un déphasage non réciproque indiqué par le terme ONR Ainsi, on voit que, outre le fait que la lumière est retardée d'un intervalle de tempst, le modulateur de phase 24 dans le trajet de la 10 bobine impose au signal cw un déphasage de eosin Wmt et au signal ccw un déphasage de e O sin Lm (t-t) Le signal optique arrivant au niveau du photodétecteur 34 représente deux composantes dans le sens des aiguilles d'une montre et deux composantes en sens inverse des aiguilles d'une montre, 15 comme le montre la figure 4 En négligeant les constantes de proportionnalité et les faibles retards communs, comme on l'a supposé jusqu' ici, le signal optique se propageant dans le sens des aiguilles d'une montre arrivant au niveau du photodétecteur peut être exprimé sous la forme 20 Ecw=cos(to+ 4 W/2)(t-t)+ 20 O sin wt+ NR/2 l (A) +cosl(w O-0 _a/2) (t-1) +e NR/2 l (B) On appelle le premier terme A et le second B De même, ECCW= cosl( O + O /2) (t-t)+ O sinetmt+O O sin m(t-t))-NR/2 j (C) +cosl(W -àL/2) (t-r)-0 O sin Wm t+ O sin m( t-)-NR/2 J,(D) dont les termes seront appelés C et D I 1 faut noter que dans le terme A, la modulation de phase assurée par le modul30 ateur d'amplitude, iosin&m (t-r), après le retard dans la bobine devient J O sin( mt, ce qui s'ajoute à un terme analogue fourni par le modulateur de phase de la bobine Dans le terme B, les deux termes de modulation de phase portent des signes opposés et donc s'annulent. 35 En utilisant l'identité sin Y sin = 2 cos l/2 (oc+ip) ' sin 1/2 (o C-), du terme D olsin mt-Sin(lmt-mt)l:-20 cols(wmt-% /2) sin(e '/2 A ce point, on choisit î m pour que cos (êmr/2)= O, et sin (o -'/2)=l En raison de l'identité sin i + sin, = 2 sin l/2 (c+p)'cos l/2 c-A), du terme C e osin Wmt + sin (tm t-m)J = 20 olsin(Wmt-m>r/2)cos( mr/2) nim O ' ni nin Grâce à ces réductions, ECW et ECCW deviennent ECW cos l(W O O+) (t-t) + 2 O sin t + ONR/2 l (A) +COS l(W O A 2 w) (t t C) + i NR/2 J, et (B) ECCW = COS l(wo+) (t-t) NR/23 (C) + cos L(& 00-4) (t-t)-2 e O sinulmt_ NR/21 (D) On écrit maintenant tous les termes de produit d'échange en utilisant l'identité

cos 'cos 3 = 1/2 cos ( C-p) + 1/2 cos (y+").

Du fait que les termes A, B,C et D contiennent tous les termes relatifs à la fréquence optique Ld 0, on néglige les termes relatifs à la double fréquence optique qui ne sont pas observables dans le photocourant Les termes AD et BC sont les seuls deux produits o on peut s'attendre à voir apparaître ensemble As Wet NR' car ce

sont les seuls cas o des fréquences optiques différentes 25 vont en sens opposés.

Encore, en négligeant les facteurs de proportionnalité pour la simplification AD = cos(A Jt r L Ot+ ONR + 4 O sin Jmt), BC = cos( 4 tt A) t i NR)' AB = cos(Adt At + 2 j O sin G Wmt), CD = cos( (et Ar+ 2 e sinimt) , AC cos( NR + 2 e O sin mt), et

BD = cos( NR + 240 sin mt).

La figure 3 représente l'unité de contrôle 15 qui traite les composantes représentés dans les six dernières équations Plus précisément, un détecteur classique sensible à la phase 44 reçoit un signal en provenance de la sortie du photodétecteur 34 contenant les composantes de signal représentées par ces six équations. En utilisant l'identité cos (o+i) = cos O cos 6 sin oc sin, AD = cos(" ot d At + i NR) Cos ( 440 sin Wmt) sin(A Wt -Awr + NR) sin ( 40 sin L>mt) Du fait qu'un terme sous la forme cos (u sin x) donne des termes Bessel JO, J 2,, et que sin ( u sin x) donne J 1,,, et du fait que seulsles termes à a Wm nous 1 ' J 3 'm intéressent nous retenons simplement la seconde partie 15 de AD, de AB, etc. AD = -sin(A Wt -AÀt+ 'NR) ( 2 J 1 ( 4 j 0) sin mt), BO = O à Im,

AB = CD = -sin(t Jt A Rt) ( 2 J 1 ( 20 o) sin O mt), et 20 AC = BD = sin( NR) ( 2 J 1 ( 20 o) sin Wmt).

Par conséquent, l'unité de contrôle 15 opère maintenant sur un ensemble simplifié de trois termes, ensemble représenté par les quatre dernières équations Le détecteur sensible à la phase 44 multiplie la somme de ces termes 25 par sinm t et le signal résultant est appliqué à un filtre m passe-bas 48 On a par conséquent à la sortie 50 du filtre le signal: E = 2 lJl( 4 e 0) sin (U St -i'+ NR)+ 2 Jl( 2 eo) sin (Ct -Aq) 30 + 2 J 1 ( 20 o) sin NRl Les mathématiques sont encore simplifiées par une

analyse des fonctions de Bessel.

On choisit ensuite i O pour que Ji( 2 o) = O, dont la première racine non nulle est 35 31 ( 2 x 1,9158) = O, racine pour laquelle

31 ( 4 x 1,9158) = J 1 ( 7 m 6634) = O X 1673.

Cela donne E = -2 x 0,1673 sin (-Air+ NR + t)

les deux derniers termes ayant disparus du fait de J 2 ( 2 JO).

On élimine ensuite le terme A Wt à l'aide d'un modulateur complet classique électronique d'une seule

bande latérale 52 effectuant un décalage vers le bas de 4 lt.

En générale, il ne suffit pas de multiplier simplement par sin A t, car le terme 2 A Wt residuel peut se situer encore dans la bande passante d'asservissement (typiquement 100 Hz) car AW< 50 Hz Uneopération de décalage vers le bas préférée peut être représentée par l'identité: sin("+p) cos o sin = sin, cos s ob O est identifié avec (-& O+ NR), / est identifié avec àWt, et du fait que (-Att+ /NR)est infiniment petit à zéro, cos X = 1 Par conséquent E' = -0 X 3346 sin(-àt+ INR +,t)-sin Wt 20 cos t = -0,3346 sin(-A'+ NR) Le variable E' correspond à la sortie en 56 du s modulateur à bande latérale unique 52 et représent plus généralement une mesure de l'erreur de phase annulant le 25 gyroscope I 1 est de forme identique à la sortie du bloc

8 du gyroscope de l'art antérieur représenté sur la figure 1.

La génération à la fois du sinus et du cosinus de (-AWT+ i NR +A Wt) n'est pas nécessaire, ce qui pourrait être difficile dans ce cas, et ça marche que AW se situe à l'intérieur de la largeur de bande d'information o qu'il soit plus large que cette bande Il est décisif pour cette forme de modulation d'une seule band latérale que cosé cos ( twr + +NR) puisse être approché de manière adequate par cosl = 1, ce qui est vrai dans ce cas parce que

(-A^ + NR) est réduit à nul par la boucle d'asservissement.

La separation du terme AD du terme BC des

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equations ci-dessus nécessite à la foi_ une modulation de la

phase de source et une modulation de la phase de la bobine.

L'une ou l'autre seule n'est pas suffisante pour assurer le

rejet de l'un de AD et BC mais pas de l'autre.

Afin de compléter une boucle d'asservissement, la sortie du modulateur 56 subit un filtrage par un intégrateur classique 58, ou autre filtre dont la sortie ( 60, est appliqué sur un oscillateur commandé par la tension classique (VCO) 62 La sortie du VCO est reliée en 64 à un modulateur O 10 de phase électronique classique 66 qui produit un signal

électronique destiné au modulateur d'amplitude pilote 11.

La seconde sortie du VCO est présente sur le conducteur 40 et représente une sortie digitale sous forme d'une fréquence proportionnelle à la vitesse de rotation La seconde sortie 15 du VCO est également reliée en parallèle avec une seconde entrée 54 d'un modulateur de bande latérale unique 52 Afin d'obtenir la fréquence fixe de modulation nécessaire Wm' un oscillateur 70 fournit la fréquence fixe sur un conducteur de liaison 80 à un premier amplificateur 78 La sortie de l'amplificateur sert de première sortie de l'unité de contrôle 15, sur le conducteur 30, en vue de son introduction sur l'entrée du modulateur de phase optique 24 (figure 2) L'oscillateur 70 est également relié à un second amplificateur 72, par le conducteur 76, qui fournit 25 un signal de commande de gain différent mais de fréquence fixe Wm à une seconde entrée d'un modulateur de phase 66 m

sur le conducteur de liaison 68.

Selon la solution plus simple de sélection de l'argument concernant la fonction de Bessel, on suppose l'amplitude e de la modulation de phase la même pour le modulateur de phase 24 et pour le modulateur ll de la source lumineuse En outre, on suppose que la fréquence m et la fréquence génerée par l'oscillateur 70 à la

fois pour le modulateur de phase 66 et pour le modulateur 35 de phase optique 44, ce qui fait que sin(w m Z/2) = 1.

Toutefois, on peut modifier ces conditions concernant la

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solution la plus simple décrite pour arriver à une solution géneralisée faisant appel à des valeurs différentes des eta Jm pour les unitésmentionnées, et un indice de

modulation inférieur à 100 pour cent.

La présente invention permet également de mesurer d'autres déphasages non réciproques, par exemple, pour les

détecteurs de courant à effet de Faraday.

I 1 va de soi que l'invention n'est pas limitée aux détails de réalisation décrits ci-dessus car des modifications évidentes viendront à l'esprit d'un homme

du métier.

Claims

REVENDICATIONS

1 Un gyroscope à optique de fibres, caractérisé en ce qu'il comprend: une source lumineuse ( 10) des moyens de modulation d'amplitude ( 11)déstinés à commander la source; une bobine en fibres optiques ( 26) apte à tourner autour d'un axe de sensibilité ( 38); des moyens ( 16) déstinés à coupler par vole optique,à la bobine, la lumière provenant de la source afin de créer des faisceaux se propageant en sens inverses dans celle-ci; des moyens ( 24) reliés entre les moyens de couplage 15 ( 16) et la bobine ( 26) pour effectuer optiquement la modulation de phase des faisceaux se propageant a) dans une première direction avant leur introduction dans la bobine, b) dans une seconde direction de propagation in20 verse après avoir traversé la bobine, des moyens de photodétection ( 34) recevant les faisceaux lumineux propagés en sens inverses et modulés optiquement en phase, pour produire un signal en sortie sensible à la vitesse de rotation de la bobine; des moyens de contrôle ( 15) ayant une entrée reliée aux moyens de photodétection ( 34) pour traduire le signal de sortie des moyens de photodétection en un signal à fréquence variable sensible à la vitesse de rotation de la bobine; des moyens de rétroaction ( 13) reliant une sortie des moyens de contrôle ( 15) aux moyens de commande de source ( 11) pour produire un signal de commande de source

modulé en phase.

2 Structure selon la revendication 1, caractérisée 35 en ce que les moyens de contrôle comprennent un détecteur sensible à la phase ( 44) ayant une première entrée reliée à la sortie des moyens de photodétection ( 34) et une seconde

entrée reliée à une fréquence de référence fixe ( 70).

3 Structure selon la revendication 2, caractérisée en ce que les moyens de contrôle ( 15) comprennent en outre des moyens de modulation d'une bande latérale unique ( 52) ayant une première entrée reliée à la sortie du détecteur sensible à la phase ( 44), une seconde entrée des moyens de modulation de bande latérale unique ( 52) étant reliée 10 aux signal d'erreur pour délivrer en sortie un signal

modulé constituant une mesure de la vitesse de rotation.

4 Structure selon la revendication 3, caractérisée en ce que les moyens de contrôle ( 15) comprennent en outre un oscillateur commandé par la tension ( 62), et des moyens 15 d'intégration ( 58) reliés entre les moyens de modulation d'une bande latérale unique ( 52) et une entrée de l'oscillateur commandé par la tension ( 62) pour produire un signal de fréquence variable à la sortie de l'oscillateur commandé par la tension, signal qui constitue un signal d'erreur. 20 5 Structure selon la revendication 4, caractérisée en ce que les moyens de contrôle ( 15) comprennent en outre des moyens ayant une première entrée reliée à une second sortie de l'oscillateur commandé par la tension ( 62) et une second entrée reliée à une fréquence fixe pour 25 moduler en phase un signal de fréquence variable provenant

de l'oscillateur commandé par la tension ( 62) et pour produire une sortie des moyens de contrôle destinée à être envoyée aux moyens de commande de la source ( 11).

6 Procédé d'annulation de phase d'un gyroscope 30 à optique de fibres caracterisé en ce qui'il comprend les étapes qui consistent: à moduler en amplitude une source lumineuse continue; à dédoubler la lumière modulée en amplitude pour 35 obtenir deux faiceaux; à diriger les faisceaux dans des sens de propagation inverses dans une fibre optique apte à tourner autour d'un axe de sensibilité; à faire subir par un premier des faisceaux se propageant en sens inverses une modulation de phase optique avant son entrée dans la fibre optique; à faire subir par un second des faisceaux se propageant en sens inverses une modulation de phase optique après sa sortie de la fibre optique; à soumettre les faisceaux modulés en phase se propageant en sens inversesà une photodétection, un signal 10 photodétecté étant produit en réponse à la vitesse de rotation de la bobine; à traduire le signal photodétecté en un signal correspondant de fréquence variable; et à envoyer rétroactivement un signal indicatif du signal de fréquence variable pour influencer la modulation en amplitude de la source lumineuse de façon à annuler le déphasage non réciproque de la bobine dû à la rotation; la fréquence variable du signal à fréquence

variable étant une mesure de la vitesse de rotation de la 20 bobine.

7 Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la traduction du signal photodétecté en un signal correspondant à fréquence variable comprend l'étape de

détection de phase du signal à fréquence fixe.

8 Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la traduction du signal photodétecté comprend l'étape de modulation d'une bande latérale unique du signal

détecté à l'aide du signal à fréquence variable.

9 Procédé selon la revendication 8, caractérisé 30 en ce que le signal modulé en une bande latérale unique produit des oscillations modulées par une fréquence fixe pour l'application rétroactivement d'un signal qui commande

la modulation en amplitude de la source lumineuse.

O 10 Interféromètre optique, caractérisé en ce qu'il 35 comprend: une source lumineuse ( 10), des moyens de modulation d'amplitude ( 11) pour commander la source lumineuse ( 10); des moyens de génération de signaux pour commander les moyens de modulation d'amplitude ( 11) comprenant une source d'une phase sinusoïdale de fréquence variable modulée par une fréquence de modulation de phase fixe; une bobine de fibres optiques ( 26) produisant un déphasage non réciproque en réponse à un phénombne à mesurer; des moyens ( 14,18) déstinés à coupler optiquement la lumière provenant de la source lumineuse ( 10) à la l O bobine de fibres optiques ( 26) pour créer dans celle-ci des faisceaux en sens inverses; des moyens ( 24) situés asymétriquement dans le trajet de la bobine pour moduler optiquement en phase les faisceaux se propageant en sens inverses par ladite fréquence de modulation 15 fixe; des moyens de photodétection( 34) reçevant les faisceaux lumineux se propageant en sens inverses pour produire un signal en réponse d'une part audit déphasage non réciproque et à un second déphasage non réciproque crée par 20 ladite fréquence variable; des moyens de réglage de la fréquence est des amplitudes de modulation de phase desdites modulations de phase pour que les composantes indésirables dusignal disparaissent à la fréquence d'une harmonique sélectionnée de 25 ladite fréquence de modulation de phase; des moyens de traitement de signaux pour transformer le signal provenant des moyens de détection ( 34) en un signal qui est fonction uniquement de la somme algébraique des deux dits déphasages non réciproques 30 lorsque cette somme est petite; et des moyens de reglage déstinés à faire disparaître, par reglage de la fréquence variable, ledit signal répondant à la somme algébraique des deux déphasages non réciproques;

ladite fréquence variable étant délivrée en sortie 35 comme mesure du phénomène à mesurer.