FR2557978A1 - Detecteur de vitesse angulaire utilisant des accelerometres vibrant en parallele - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN APPAREIL POUR PRODUIRE UN SIGNAL REPRESENTANT LE MOUVEMENT DE VITESSE ANGULAIRE D'UNE STRUCTURE. IL COMPREND UN PREMIER ET UN SECOND ACCELEROMETRE 10, 12 POUR PRODUIRE UN PREMIER ET UN SECOND SIGNAL DE SORTIE REPRESENTANT UNE ACCELERATION LE LONG D'AXES DE DETECTION DE FORCE, DES MOYENS D'ALIGNEMENT DES ACCELEROMETRES DANS UNE POSITION COTE-A-COTE, DES MOYENS DE VIBRATION 28, 44, 46 RELIES FONCTIONNELLEMENT A LA STRUCTURE ET AUX MOYENS D'ALIGNEMENT POUR FAIRE VIBRER LES ACCELEROMETRES DANS DES DIRECTIONS OPPOSEES LE LONG D'UN AXE DE VIBRATION NORMAL A L'AXE DE DETECTION DE FORCE, ET UN DISPOSITIF DE TRAITEMENT DE SIGNAUX PERMETTANT DE PRODUIRE UN SIGNAL DE VITESSE ANGULAIRE DE LA STRUCTURE. DOMAINE D'APPLICATION: SYSTEME DE NAVIGATION PAR INERTIE.

Description

La présente invention concerne le domaine

de la détermination de la vitesse angulaire par utilisa-

tion d'accéléromètres mobiles, en particulier de détecteurs de vitesse angulaire utilisant deux accéléromètres. Dans la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique N 357 714, on décrit un procédé et un appareil pour mesurer le vecteur spécifique de force et le vecteur de vitesse angulaire d'un corps mobile au moyen de plusieurs accéléromètres entrainés cycliquement. La demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique N 357 715 divulgue des techniques similaires pour mesurer le vecteur spécifique de force et le vecteur de vitesse angulaire d'un corps mobile en utilisant, soit un seul accéléromètre ou une paire d'accéléromètres vibrant à une fréquence constante. Dans les formes de réalisation des détecteurs de vitesse et de force à deux accéléromètres divulguées dans l'art antérieur, les masses des accéléromètres

sont équilibrées par rapport à une translation rectiligne.

Ceci veut dire que les paires d'accéléromètres peuvent être attachées à un chassis de montage sans provoquer de translation vibrationnelle du centre de la masse. Cependant, les configurations d'accéléromètres divulguées dans l'art antérieur mentionné produisent une vibration angulaire de toute masse à laquelle ils sont attaches autour du centre

de cette masse.

Comme on peut s'y attendre, il est important, dans beaucoup de systèmes tels que des systèmes de navigation à inertie,de réduire à un minimum toute vibration, qu'elle soit linéaire ou angulaire, pouvant affecter le système. Par exemple, dans des systèmes de navigation par inertie, il esimportant de réduire les effets d'un détecteur sur la performances des autres

détecteurs dans le système de navigation.

Un but de la présente invention est donc de fournir un appareil de détection de force et de vitesse angulaire utilisant deux accéléromètres vibrants, conformés de manière que les couples résultant de la vibration des

accéléromètres soient sensiblement éliminés.

Un autre but de la présente invention est de fournir un appareil pour produire un signal représentant le mouvement de vitesse angulaire d'une structure qui comprend un premier et un second accéléromètre, une structure pour aligner les accéléromètres dans une position côte-à-côte, l'axe de détection de force d'un accéléromètre étant parallèle à l'autre, un mécanisme de vibration pour faire vibrer les accéléromètres individuellement dans une direction sensiblement rectiligne le long d'un axe de vibration normal à l'axe de détection de force des accéléromètres à une fréquence w, et un processeur de signaux pour produire des signaux de vitesse représentant le mouvement angulaire de la structure autour d'un axe perpendiculaire au plan défini

par l'axe de détection de force et l'axe de vibration.

Un autre but encore de la présente invention est de produire une structure d'accéléromètre de détection de la vitesse angulaire qui comprend un bottier, un arbre monté pour tourner dans le bottier, un premier accéléromètre fixé à un premier élément de support, un premier élément flexible pour attacher le premier élément

de support au bottier de manière que le premier accélé-

romètre puisse se déplacer de manière sensiblement recti-

ligne dans un sens généralement normal à l'axe de l'arbre

- et dans un sens allant vers l'arbre et.s'en éloignant.

La structure comprend également un second élément de supp6rt fixant un second accéléromètre, un second élément flexible pour attacher le second élément de support au bottier de manière que le second accéléromètre puisse se déplacer d'une manière sensiblement rectiligne dans une direction généralement normale à l'axe de l'arbre et dans une direction allant en général vers l'arbre et s'en éloignant, un mécanisme pour faire vibrer de manière rotative l'arbre, et un système de tringlerie relié à l'arbre et au premier et au second élément de support, de manière à faire vibrer efficacement les accéléromètres

dans les sens permis par les éléments flexibles.

D'autres caractéristiques et avantages de la

présente invention résulteront de la description détaillée

qui va suivre de plusieurs formes de réalisation de l'invention, en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 représente un schéma simplifié en perspective de deux accéléromètres dans une disposition côte-à-côte, leurs axes de détection de force étant alignés dans la même direction; - la figure 2 est une vue avant d'un mécanisme pour mettre en oeuvre le système de deux accéléromètres de la figure 1; la figure 3 est une vue latérale du système d'accéléromètresde la figure 2; et - la figure 4 est un schéma synoptique d'un circuit analogique de séparation de signaux utilisé avec

deux accéléromètres.

Comme le montre la figure 1, deux accéléromètres et 12 sont montés dans; une disposition côte-à-côte avec leurs axes de détection de force Ai et A2 alignés z z dans la même direction. Pour réduire tout déséquilibre de masse ainsi que tout déséquilibre de couple qui pourraient être transmis à une structure de support (non représentée), les accéléromètres 10 et 12 sont mis en vibration dans des directions opposées allant l'un vers l'autre et s'en éloignant, le long des axes indiqués par les lignes 14 et 16 qui sont normaux aux axes de détection A et A Comme décrit en détail dans les demandes de z z brevet des Etats-Unis d'Amérique indiquées cidessus, les signaux d'accélération des accéléromètres 10 et 12 peuvent être utilisés pour fournir des signaux représentant une translation de la structure contenant les accéléromètres et 12 le long des axes A1 et A2 en compagnie de signaux z z

représentant la rotation angulaire de la structure.

La forme de réalisation préférée deun appareil pour mécaniser la structure à deux accéléromètres de la figure 1 est illustrée aux figures 2 et 3. Dans cet appareil, on prévoit une translation sensiblement rectiligne des accéléromètres 10 et 12 le long des axes 14 et 16 comme représenté à la figure 1, au moyen d'un mécanisme qui comporte deux éléments de support 18 et 20 qui

maintiennent les accéléromètres 10 et 12 respectivement.

A leur tour, les éléments de support 18 et 20 sont fixés à un bottier 22 au moyen de deux éléments flexibles 24 et 26. Un arbre 28 qui est fixé de manière à pouvoir tourner à l'intérieur du bottier 22 par deux paliers 30 et 32 est fixé à un élément de tringlerie 34. A cet élément

de tringlerie est attachée une paire de broches de trin-

glerie 36 et 38 qui sont insérées dans des fentes 40 et 42

formées dans les éléments de support 18 et 20.

Un rotor 44 est également attaché à l'arbre 28, lequel, lorsqu'il est combiné avec un stator 46 fixé au bottier 22, fait vibrer l'arbre alternativement d'un angle faible à une fréquence u. Comme on peut le voir aux figures 2 et 3, la vibration de l'arbre 28 fait en sorte que les broches de tringlerie 36 et 38 poussent les éléments de support 18 et 20 et de là, forcent les accéléromètres 10 et 12 à se déplacer dans une direction perpendiculaire à l'arbre et alternativement l'un par rapport à l'autre. Comme les accéléromètres 10 et 12 ne se déplaceront que d'une très faible distance, leur direction de mouvement est sensiblement rectiligne par rapport à l'axe de l'arbre 28. Les signaux représentant le mouvement rotatif de l'arbre 28 des accéléromètres 10 et 12 peuvent être obtenus au moyen d'un système capacitif de détection montré par le numéro de référence 48. Le détecteur capacitif angulaire 48 fournit un moyen pour obtenir une contre-réaction de mouvement angulaire à utiliser pour maintenir constant au cours du temps le

mouvement entraîné de l'arbre 28.

Un processeur de signaux pour séparer les signaux de force F des signaux de vitesse angulaire n et les signaux de sortie des accéléromètres 10 et 12 est illustré à la figure 4. Un générateur d'impulsions de commande 50 produit des signaux sur une ligne 52 en fonction de la fréquence w, ces signaux faisant en sorte qu'un générateur de signaux de commande 54 fasse vibrer les accéléromètres 10 et 12 à la fréquence comme décrit précédemment. Les signaux de sortie des accéléromètres 10 et 12 a1 et a2 sont transmis sur des lignes 56 et 58 à un z z processeur de séparation préliminaire 60. Ce dernier montré à la figure 4 est approprié dans le cas d'une mécanisation à deux accéléromètres du type montré à la figure 1 o les axes de détection de force A1 et A2 sont alignés dans la z z même direction. Les signaux de sortie d'accéléromètre sur les lignes 56 et 58 sont additionnés dans une jonction de sommation 62 et on fait leur différence dans une jonction de sommation 64. Deux amplificateurs démultiplicateurs 66 et 68 reçoivent les signaux de somme et de différence

provenant des jonctions de sommation 62 et 64, respecti-

vement sur des lignes 70 et 72.

Le principe de la séparation des forces est le

même que dans le cas de la demande de brevet des Etats-

Unis d'Amérique déjà citée No 357 715 dans laquelle le signal combiné provenant de l'amplificateur 66 est fourni sur une ligne 54 à un canal de force 76. Le canal de force

76 inclut un circuit d'intégration et un circuit d'échan-

tillonnage et de maintien,des signaux provenant du générateur d'impulsions de commande 50 étant appliquéssur des lignes 78 et 80 aux circuits d'intégration et

d'échantillonnage et de maintien. Les signaux d'accélé-

ration combinés des lignes 74 sont intégrés sur l'intervalle de temps T de la fréquence w pour fournir un signal de force Fz sur la ligne 82, lequel représente le changement de vélocité le long de l'axe Z de la structure ou du bottier

22 maintenant les accéléromètres 10 et 12.

De même, un processeur de canal de vitesse angulaire 84 reçoit les signaux de différence sur la ligne 86 et les multiplie par la fonction périodique moyenne de zéro sgncwt. Comme avec le canal de force, le signal résultant est intégré sur l'intervalle de temps T par un circuit d'échantillonnage et de maintien vers une

ligne de sortie 88. Le signal Si représentant des infor-

mations de vitesse angulaire est transmis par un filtre

passe-bas 90 et il sort sur une ligne 92.

De la manière indiquée ci-dessus,les signaux provenant du système à accéléromètres illustré aux figures 1 à 3 peuvent être traités pour produire des

signaux de force et des signaux de vitesse angulaire.

REVPENDICATIONS

1. Appareil pour produire un signal représentant le mouvement de vitesse angulaire d'une structure, caractérisé en ce qu'il comprend un premier accéléromètre (10) pour produire un premier signal de sortie représentant une accélération le long d'un premier axe de détection de force 1), un second accéléromètre (12) pour produire un second signal de sortie représentant l'accélération le long d'un second axe de détection de force (A2), des dispositifs d'alignement pour aligner le premier et le second accéléromètre dans une position côte-à-côte avec le premier axe de détection en parallèle au second axe de détection de force, des moyens de vibration (28, 44, 46) reliés fonctionnellement à la structure et au dispositif d'alignement pour faire vibrer le premier et le second accéléromètre (10, 12) dans des directions opposées le long d'un axe de vibration normal à l'axe de détection de force et à une fréquence w, et un dispositif de traitement de signaux (50) sensible au premier et au second signal de sortie de manière à produire un signal de vitesse représentant le mouvement de vitesse angulaire de la structure autour d'un axe perpendiculaire au plan défini

par 'axe de détection de force et l'axe de vibration.

2. Appareil selon la revendication 1, carac-

térisé en ce que le premier et le second axe de détection

de force A1 et A2 sont alignés dans l1 direction opposée.

Z z

3. Appareil selon la revendication 1, carac-

térisé en ce que le premier et le second axe de détection

de force sont alignés dans la même direction.

4. Appareil selon l'une quelconque des

revendications précédentes, caractérisé par une structure

à accéléromètres de détection de la vitesse angulaire comprenant un boîtier (22), un arbre (28) monté de façon à pouvoir tourner dans le boîtier, un premier élément de support (18), un premier accéléromètre (10) fixé au premier élément de support (18), un premier élément élastique (24) pour fixer le premier élément de support (18) au bottier (22), de manière que le premier accéléromètre puisse se déplacer dans une direction sensiblement rectiligne en général normale à l'axe de l'arbre et dans une direction de va-et-vient par rapport à l'arbre, un second élément de support (20), un second accéléromètre (12) fixé au second élément de support (20), un second élément élastique (26) pour fixer le second élément de support (20) au bottier (22) de manière que le second accélércmètre (12) puisse se déplacer d'une manière sensiblement rectiligne dans une direction généralement normale à '1 axe de l'arbre et dans une direction de va-et-vient par rapport à cet arbre, des moyens de vibration pour faire

vibrer en rotation ledit arbre, et un système de tringle-

rie (34, 36, 38) relié à l'arbre (28) et au premier et au second élément de support pour faire vibrer le premier et le second accéléromètre dans une direction de mouvement permise par le premier et le second élément

élastique (24, 26).

5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que les axes de détection de force du premier et du second accéléromètre sont alignés dans la

même direction.

6. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que le dispositif de vibration comprend un moteur électrique ayant un rotor (44) fixé à l'arbre

(28) et un stator (46) fixé au bottier (22).

7. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que le dispositif de tringlerie (34) comprend un premier et un second élément de tringlerie (36, 38) fixés à l'arbre (28) et disposés par rapport au premier et au second élément de support respectivement

(18, 20).