FR2563917A1 - Dispositif accelerometrique a un seul axe et configuration de plate-forme inertielle le comprenant - Google Patents

Abstract

DISPOSITIF ACCELEROMETRIQUE A UN SEUL AXE COMPRENANT UN ACCELEROMETRE BASSES FREQUENCES 30' DU TYPE A CONTRE-REACTION DE FORCE COMPRENANT UNE MASSE D'EPREUVE INERTIELLE 31' MONTEE POUR SE DEPLACER LE LONG D'UN AXE SENSIBLE; UN ACCELEROMETRE AUXILIAIRE 46 ET DES MOYENS DE TRAITEMENT DU SIGNAL 48 POUVANT COMBINER LE SIGNAL DE CONTRE-REACTION ET LE SIGNAL FONCTION DE L'ACCELEROMETRE PRODUIT PAR L'ACCELEROMETRE AUXILIAIRE 46, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE L'ACCELEROMETRE AUXILIAIRE 46 EST UN ACCELEROMETRE HAUTES FREQUENCES, REPONDANT AUX ACCELERATIONS VIBRATOIRES A HAUTES FREQUENCES LE LONG DE L'AXE SENSIBLE.

Description

La présente invention concerne un dispositif accélérométrique, en

particulier du type utilisé dans

les plates-formes inertielles.

Des configurations de plate-forme inertielle sont bien connues; elles emploient une pluralité de gyroscopes et d'accéléromètres disposés pour suivre les mouvements de translation et de rotation de la plate-forme. Les accéléromètres utilisés pour détecter

le mouvement de la plate-forme doivent mesurer avec pré-

cision une accélération nulle, une accélération unidi-

rectionnelle et une accélération vibratoire à basses fréquences de la plate-forme, en rapport avec le mouvement d'un véhicule qui la porte, c'est-à-dire l'accélération inertielle. Bien que les accéléromètres de qualité inertielle soient du type "basses fréquences",

on comprendra que tous les accéléromètres basses fré-

quences n'ont pas besoin d'être de qualité inertielle.

Dans la présente description, on considérera que

"basses fréquences" et "qualité inertielle" sont syno-

nymes d'accéléromètres de qualité inertielle ayant une bande passante utile typiquement comprise entre zéro

et plusieurs centaines de hertz.

Dans une construction de plate-forme inertielle, il y a plusieurs sources d'erreurs dues d'une part aux

imperfections des composants, et d'autre part aux for-

ces externes, particulièrement celles qui sont appelées

dans la présente description des vibrations à haute

fréquence, c'est-à-dire des vibrations dont les fré-

quences sont au-dessus de la gamme normale d'utilisa-

tion des accéléromètres de qualité inertielle.

De telles sources d'erreurs, et les mouvements qui les induisent, sont étudiés dans les ouvrages par exemple par N. Fernandez et G.R. Macomber dans "Inertial Guidance Engineering" publié par Prentice-Hall Inc., Englewood Cliffs, N.J., U.S.A. Un effet, le mouvement de nutation présente un intérêt particulier parce que les vibrations de translation et de rotation par rapport à deux axes orthogonaux engendrent une composante de déplacement non vibratoire suivant un troisième axe orthogonal, une telle composante étant située dans la bande passante utile de l'accéléromètre basse fréquence

de qualité inertielle.

Dans les systèmes de gyroscopes montés à la cardan, communément employés, les erreurs vibratoires sont généralement faibles, et donnent lieu-à des effets qui sont facilement éliminés. Cependant dans les systèmes montés à bord dans lesquels la plate-forme et ses composants sont fixes rigidement sur le véhicule porteur, les niveaux de ces mouvements vibratoires sont ' plus élevés et inévitables. Ceci est particulièrement vrai des systèmes de gyroscopes à laserà tremblement

mécanique-très. récemment développés.

Pour atténuer les effets de telles vibrations

hautes fréquences sur les accéléromètres basses fré-

' quences, il est nécessaire de mesurer ces accélérations

vibratoires hautes fréquences le long des trois axes -

orthogonaux de l'accéléromètre de qualité inertielle,

et d'en tirer une correction à appliquer aux accéléra-

tions basses fréquences mesurées.

Il apparaet que ceci peut être effectué de différentes façons. Premièrement, chaque accéléromètre

de qualité inertielle basses fréquences peut être cons-

truit avec une bande passante utile s'étendant vers les hautes fréquences au-dessus de un kilohertz, mais un

tel instrument est complexe et très coûteux à fabri-

quer, tout en réalisant un compromis entre la préci-

sion et/ou la fiabilité aux extrémités de la gamme

utile, qui sont par définition du plus grand intérêt.

Deuxièmement, en plus des accéléromètres de qualité inertielle utilisés aux basses fréquences, des accél6romètres hautes fréquences, c'est-à-dire ayant une bande utile allant de quelques dizaines de hertz

à plusieurs kilohertz, peuvent être utilisés unique-

ment pour détecter les mouvements vibratoires à l'inté-

rieur du système. Les signaux produits par les accélé-

romètres hautes fréquences sont traités par l'applica-

tion d'algorithmes adéquats pour donner des corrections

aux signaux produits par les accéléromètres basses fré-

quences. L'utilisation d'accéléromètres séparés hautes

et basses fréquences conduit cependant à d'autres sour-

ces potentielles d'erreurs. Les niveaux des signaux

produits par les six accéléromètres varient d'un instru-

ment à l'autre, et l'algorithme de correction doit être fait sur mesure en fonction des caractéristiques des accéléromètres, si l'un quelconque des accéléromètres est changé, ou si ses caractéristiques varient, des erreurs de facteur d'échelle sont introduites, et il

faut réétalonner le système entier.

Un type de système accélérométrique conçu pour atténuer ces effets est décrit dans la demande de brevet britannique n 82 24855 au nom de FERRANTI, et

représenté schématiquement sur la figure 1(a) ci-jointe.

Le système consiste essentiellement en un accéléromètre de qualité inertielle basses fréquences et un accéléromètre hautes fréquences 15, les signaux de sortie des deux accéléromètres étant combinés au moyen d'un circuit filtre mélangeur 19 donnant un signal de sortie unique en réponse aux accélérations

dans une large bande s'étendant des accélérations iner-

tielles unidirectionnelles aux accélérations vibratoi-

res hautes fréquences. Les amplitudes des signaux de sortie des accéléromètres sont étalonnées et les composants du circuit sont choisis pour donner une réponse sensiblement uniforme dans la bande passante étendue. La fréquence de transition peut être choisie à volonté dans les bandes utiles des deux accéléromètres,

mais il vaut mieux la choisir dans une bande de fréquen-

ces dans laquelle aucun des deux n'aura probablement à fonctionner en pratique, minimisant ainsi les effets des possibles non-linéarités causées par la combinaison

des signaux. Par exemple, l'accéléromètre basses fré-

quences enregistrera probablement des accélérations inertielles audessous de quelques dizaines de hertz, et l'accéléromètre hautes fréquences des accélérations vibratoires au-dessus de quelques centaines de hertz, ce qui conduira à adopter une fréquence de transition

de 30 à 50 hertz.

Il faut se souvenir que la précision offerte par l'accéléromètre hautes fréquences est plus faible que celle de l'accéléromètre de qualité inertielle, et aussi que toute désadaptation significative des signaux et toute erreur d'échelle en résultant(si minime soit-elle), commence à une fréquence plus basse

que celle à laquelle on peut s'attendre de l'accéléro-

mètre de qualité inertielle (basses fréquences) seul, qui, comme il a été dit, est précis jusqu'à plusieurs

centaines de hertz.

Cependant une simple augmentation de la fré-

quence de transition n'augmente pas nécessairement la gamme de fréquences dans laquelle la précision du signal

de sortie est assurée.

Une forme habituelle de construction de l'accéléromètre de qualité inertielle est l'accéléromètre à contre-réaction de force dans lequel le déplacement d'une masse inertielle, ou d'épreuve, par une force d'accélération, est détecté et provoque la naissance

d'un courant de capture dans une bobine électromagné-

tique pour équilibrer la force, ce courant constituant une mesure de l'accélération. Un tel accéléromètre à contre-réaction de force est souvent construit comme un accéléromètre pendulaire, la masse d'épreuve étant soutenue et assujettie à un mouvement pivotant autour d'un axe par des cardans à rubis ou un balancier monté sur gonds. Le modèle référence FA2 de la Société FERRANTI est un exemple de cette dernière forme de construction. Tous les accéléromètres de qualité

inertielle de ce type sont sujets à des erreurs vibro-

pendulaires (comme décrites dans l'ouvrage mentionné ci-dessus) car la boucle de contre-réaction demande un déplacement mesurable de la masse inertielle pour

engendrer un courant de capture ou de remise en place.

Une forme de construction proposée dans la description

du brevet anglais n 830 076 est conçue pour suppri-

mer l'effet de vibropendularité en éliminant le dépla-

cement de la masse inertielle pendulaire par l'emploi

d'un accéléromètre auxiliaire. L'accéléromètre auxi-

liaire répond aux mêmes forces d'accélération que la masse inertielle et produit un signal pour la boucle de contre-réaction, développant un couple de remise en place de la masse inertielle, sans qu'il soit nécessaire

que la masse inertielle pendulaire elle-même soit vrai-

ment déplacée.

L'élimination des sources d'erreurs caracté-

ristiques de la nature de la construction d'un accélé-

romètre de qualité inertielle n'affecte pas cependant par elle-même la bande passante utile de ce qu'est un

accéléromètre basses fréquences.

C'est un des buts de la présente invention que de proposer un système accélérométrique à un axe à large bande comprenant un accêléromètre de qualité inertielle à contre-réaction de force, par exemple du

type pendulaire, qui atténue les inconvénients invo-

qués ci-dessus et associés aux systèmes et instruments

connus.

C'est aussi un but de la présente invention

que de proposer une configuration de plate-forme iner-

tielle comprenant une combinaison triaxiale de tels

systèmes accélérométriques à un seul axe.

Selon un premier aspect de la présente invention, un dispositif accélérométrique à un axe comprend (i) un accéléromètre basses fréquences (tel

que défini dans le présent document) du type à contre-

réaction de force, comprenant une masse d'épreuve inertielle montée de sorte qu'elle puisse se déplacer à partir d'une position de référence, le long d'un axe sensible, sous l'effet d'une force d'accélération, un transducteur de déplacement pouvant fournir un signal de contre-réaction fonction du déplacement de la masse d'épreuve à partir de sa position de référence, et des

moyens de capture pouvant répondre à un courant de cap-

ture les traversant-pour appliquer une force de remise en place à-la masse d'épreuve pour équilibrer-la force d'accélération, ce courant de capture étant fonction du signal de contre-réaction; (ii) un accéléromètre hautes fréquences (tel que défini dans la présent document), fixé par rapport

à l'accéléromètre basses fréquences, et pouvant répon-

dre aux vibrations hautes fréquences le long de l'axe

sensible pour produire un signal fonction de l'accélé-

ration; et (iii) des moyens de traitement du signal pouvant combiner le signal de contre-réaction du transudcteur de déplacement de la masse d'épreuve et

le signal fonction de l'accélération produit par l'accé-

léromètre hautes fréquences, et en déduire le courant

de capture.

Selon un second aspect de la présente invention, une configuration de plate-forme inertielle comprend trois dispositifs accéléromètres à un axe, tels que définis dans la paragraphe précédent et disposés avec

leurs axes sensibles mutuellement orthogonaux.

Des modes de réalisation de l'invention vont être maintenant décrits à l'aide d'exemples avec référence aux dessins joints, dans lesquels: la figure 1(a) est une représentation schématique d'un dispositif accélérométrique à un axe à large bande décrit dans la demande de brevet connexe mentionnée ci-dessus; la figure 1(b) est un schéma de circuit

électromécanique d'un accéléromètre pendulaire à contre-

réaction de force, à un axe, de qualité inertielle, d'un modèle connu;

15. la figure 2 est un schéma de circuit électro-

mécanique d'un dispositif accélérométrique à un axe selon la présente invention, comprenant un accéléromètre pendulaire à contre-réaction de force du type représenté figure 1(b), et un seul accéléromètre hautes fréquences; 20. la figure 3 est un organigramme schématique d'un dispositif accélérométrique selon la présente invention, comprenant un accéléromètre pendulaire à contre-réaction de force du type représenté figure 1(b) et une paire d'accéléromètre hautes fréquences disposes autour du centre de percussion de l'accéléromètre à contre-réaction de force; la figure 4 est un organigramme schématique des éléments de mesure et de traitement du signal, comprenant le dispositif accélérométrique de la figure 2 associé à une plate-forme inertielle; et la figure 5 est une vue en perspective schématique d'une plate-forme inertielle du type monté à bord comprenant un dispositif à gyro laser, et trois dispositifs accélérométriques de la forme représentée figure 2, montrant la disposition des accéléromètres individuels.

En se référant à la figure 1(b), un accéléro-

mètre basses fréquences de qualité inertielle est repré-

senté par l'instrument pendulaire à contre-réaction de force 30. Un instrument adéquat est le modèle référencé FA2 de la Société Ferranti. Il comprend une masse iner- tielle, ou d'épreuve, 31, fixée à un transducteur de

déplacement 32 pouvant produire un signal de contre-

réaction sur la ligne de sortie 33, l'amplitude de ce signal étant fonction du déplacement du corps 31 à partir d'une position de référence le long d'un axe sensible 34 de l'accéléromètre. Le transducteur comprend un capteur électromagnétique couplé à un amplificateur fournissant une tension de sortie dont l'amplitude est directement proportionnelle à l'amplitude du déplacement

de la masse d'épreuve.

Les moyens de capture 35 comprennent un dis-

positif à aimant 36 fournissant un champ dans lequel

est disposée une bobine électromagnétique d'entratne-

ment 37 portée par la masse d'épreuve 31, le passage d'un courant électrique, ci-après appelé courant de capture, à travers la bobine exerçant une force sur la

masse d'épreuve le long de l'axe sensible 34.

Le courant de capture est déduit de la ten-

sion de contre-réaction sur la ligne 37 par un ampli-

ficateur à transductance 38, et la direction du

courant dans la bobine est telle que la force résul-

tante exercée sur la masse d'épreuve est en opposition

avec une force d'accélération provoquant le déplace-

ment de la masse, cette bobine "capturant" la masse après qu'elle ait été déplacée sur une distance pour laquelle le signal de contre-réaction, et la force de remise en place qu'il engendre, équilibre la force

de déplacement due à l'accélération. La force d'accé-

lération équilibrée est mesurée en termes de courant de capture parcourant la bobine 37 à la sortie 39, par exemple par un amplificateur 40 donnant une sortie simple ou différentielle (comme indiqué en 13, 14 dans

la figure 1(a)).

La masse d'épreuve 31 est soutenue à sa posi-

tion de référence par un bras en porte-à-faux 41 compre- nant une charnière 42 autour de laquelle le bras est assujetti à pivoter par rapport au corps, indiqué en 43, de l'accéléromètre. Le déplacement le long de

l'axe 34 est normalement faible, et peut être consi-

déré comme étant sensiblement rectiligne même si la

masse d'épreuve pivote autour de la charnière 42.

Le type de construction est un exemple d'accéléromètre pendulaire employé communément dans les accéléromètres de qualité inertielle, bien que la masse d'épreuve 31 puisse être soutenue à sa position de référence et au cours de son déplacement à partir de celle-ci par d'autres formes connues de suspension qu'il n'est pas

nécessaire de décrire.

Comme on l'a dit, l'accéléromètre pendulaire est limité en bande passante vers les fréquences hautes par la réponse mécanique de l'accéléromètre, y compris la nécessité de déplacer physiquement la masse d'épreuve pour établir un courant de capture, bien que l'utilisation d'une boucle de contre-réaction fermée permette une commande du gain et de la fonction de transfert pour permettre une réponse sensiblement

linéaire jusqu'à des accélérations vibratoires de plu-

sieurs centaines de hertz. Cependant, une telle réali-

sation sur mesure de la boucle de contre-réaction,

pour effectuer une avance de phase du signal de contre-

réaction, augmente effectivement les sujétions de la suspension et augmente la susceptibilité de l'accélé-D romètre pendulaire aux erreurs dites vibro-pendulaires lorsqu'il est soumis à des vibrations aux fréquences les plus basses, ces erreurs vibropendulaires étant aussi fonction de l'amplitude du déplacement de la

masse d'épreuve.

Un accéléromètre à un axe selon la présente invention est représenté en 45 sur la figure 2. Le système accélérométrique comprend un accéléromètre pendulaire de qualité inertielle basses fréquences à

contre-réaction de force 30r correspondant à l'instru-

ment 30 de la figure 1(b); les parties identiques sont indiquées avec des numéros identiques mais avec

le signe prime.

Outre l'accéléromètre basses fréquences 30', il comprend un accéléromètre auxiliaire sous forme d'un accéléromètre de mesure des vibrations hautes

fréquences 46, par exemple du type miniature piézo-

électrique référencé 2250A fabriqué par Enderco Corps., San Juan Capistrano, Californie, U.S.A., utilisable pour la mesure des accélérations le long d'un axe sensible dans la gamme des dizaines de hertz à des dizaines de milliers de hertz. L'accéléromètre hautes fréquences est situé par rapport au boîtier 43' de l'accéléromètre basses fréquences de sorte que son axe sensible soit coaxial, ou au moins parallèle à celui de l'accéléromètre basses fréquences, c'est-à-dire

le long de l'axe 34'.

L'accéléromètre 46 fournit une tension alter-

native, d'amplitude proportionnelle à l'amplitude de l'accélération vibratoire, sur la ligne 47. La ligne de sortie 47 est reliée à un circuit additionneur 48 avec la ligne 33' provenant des moyens de mesure de

déplacement, le signal de sortie fonction de l'accé-

lération fourni par l'accéléromètre hautes fréquences étant ajouté au signal de contre-réaction fonction du

déplacement appliqué à un amplificateur à transcon-

ductance 38'. L'amplitude du signal provenant de l'accéléromètre hautes fréquences est commandée en fonction du gain de la boucle de contreréaction, de sorte que le signal élaboré en réponse à une force d'accélération soit sensiblement égal à celui qui est

engendré par le capteur de déplacement 32' de l'accélé-

romètre basses fréquences. En fonctionnement, une force d'accélération agissant le long de l'axe sensible 34' influence à la

fois la masse d'épreuve 31' et l'élément piézo-

électrique (non représenté) de l'accéléromètre hautes fréquences 46. Du fait que le déplacement de la masse

d'épreuve est en réalité l'intégrale de la force d'accé-

lération agissante, il y a un décalage inévitable par

rapport à la réponse de l'accêléromètre hautes fréquen-

ces et au signal fonction de l'accélération qu'il four-

nit, et qui, appliqué à l'amplificateur 38' engendre un courant de capture qui traverse la bobine 37', lequel a sensiblement la même valeur que celui qui serait éventuellement engendré par le déplacement des moyens d'épreuve. Cependant le courant de capture circule et la masse d'épreuve est capturée avant qu'un déplacement significatif de la masse d'épreuve se produise. L'accéléromètre hautes fréquences 46 bien que petit et sensible n'a pas la précision requise pour les applications inertielles, sa précision n'étant pas meilleure que un ou deux pour cent, et par conséquent

la masse 31' subit encore quelque déplacement. Celui-

ci est mesuré par le transducteur 32' et appliqué à l'amplificateur 38' pour être additionné au signal de l'accéléromètre 46, le signal et le déplacement de la masse d'épreuve nécessaire pour l'engendrer étant seulement de l'ordre de grandeur de l'erreur de la réponse de l'accéléromètre hautes fréquences, plutôt

que de l'ordre de grandeur de l'accélération agissante.

Aux fréquences basses, de quelques hertzg ou

pour des accélérations unidirectionnelles, l'accéléro-

mètre hautes fréquences 46 ne répond pas, et dans la zone la plus critique de précision opérationnelle dans la mesure des accélérations inertielles, l'accéléromètre basses fréquences 30' fonctionne effectivement seul, de façon connue. Puisque l'accéléromètre basses fréquences

n'est maintenant utile que pour mesurer les accéléra-

tions-à très basses fréquences, et pour donner seule-

ment une correction à l'imprécision de l'accéléromètre hautes fréquences aux autres fréquences, la boucle de contre-réaction peut être configurée pour donner de faibles sujétions de suspension, avec un gain élevé pour minimiser le déplacement de la masse d'épreuve,

en minimisant du même coup les erreurs vibropendulaires.

Aux fréquences plus élevées, l'accéléromètre

hautes fréquences, avec sa réponse plus rapide, provo-

que effectivement la génération du courant de capture avec la précision de l'accéléromètre hautes fréquences, qui peut être supérieure à 90%, et la boucle fermée de -l'accéléromètre basses fréquences fournit la source restante de courant de capture, portant la précision aux environs des 100% qu'on attend des instruments de qualité inertielle, cependant que la masse ne doit

effectuer que de petits déplacements.

Aux fréquences encore plus élevées, de l'or-

dre des centaines de hertz, les sujétions de suspension de l'accéléromètre basses fréquences (qui est construit pour avoir de bonnes performances aux basses fréquences) provoquent une détérioration de sa réponse, et font chuter jusqu'à zéro le signal de contre-réaction qu'il fournit. Le courant de capture est cependant engendré, et le signal d'accélération à la sortie est fourni sur la base de la seule sortie de l'accéléromètre hautes fréquences. L'accéléromètre hautes fréquences continue -à répondre jusqu'à des fréquences de plusieurs kilohertz, de sorte que la précision du système accélérométrique tombe d'une valeur proche de 100% vers celle du seul

accéléromètre hautes fréquences.

On comprendra que le système accélérométrique donne une précision maximum au-dessous de la fréquence de coupure de l'accéléromètre basses fréquences, et,

au-dessus, une précision aussi bonne qu'on peut l'obte-

nir avec n'importe quel accéléromètre hautes fréquences.

A part le circuit additionneur 48, la combinaison des signaux dans la boucle de contre-réaction demande moins

de composants que la combinaison des signaux d'accélé-

ration dans la configuration de la figure 1(a), et demande une moindre attention à l'adaptation des composants. Par exemple dans le système de la figure 1(a), une erreur ou une désadaptation de composants dans le circuit mélangeur pourrait conduire à une non-linéarité dans la réponse, laquelle est mieux évitée en gardant une fréquence de transition relativement basse entre les bandes de fréquences intéressantes. Cependant toute

désadaptation entre les niveaux de sortie des accéléro-

mètres (particulièrement l'accéléromètre hautes fré-

quences, car on le contrôle moins bien) causera aussi une discontinuité à la fréquence de transition, et une erreur s'étendant sur une grande partie du spectre de réponse. Avec le système décrit par référence à la figure 2, on verra que la seule discontinuité qui puisse se produire résulte d'une désadaptation de la sortie de l'accéléromètre hautes fréquences, mais que toute déviation aux fréquences plus basses est masquée

par la boucle de contre-réaction, et le signal de sor-

tie du système dû seulement à cet accéléromètre est

confiné dans une plus petite partie du spectre.

De plus, répétons que si la réponse est étendue vers le haut avec une précision raisonnable par l'accéléromètre hautes fréquences, l'accéléromètre basses fréquences peut être spécialement configuré pour supprimer les sources d'erreur aux basses fréquences, telles que la vibropendulosité décrite ci-dessus. Dans une conception de base décrite figure 2, les signaux venant de l'accéléromètre hautes fréquences 46 et du transducteur de déplacement 32' sont combinés par simple sommation. On comprendra que l'un des signaux, ou les deux, peuvent être modifies par des circuits de mise en forme de signal, représentés en pointillé en et 51, dans l'équipement de mise en forme du signal 52. Les formes de modification du signal dans les signaux de réponse aux accélérations sont bien connues

et ne demandent pas de discussion globale ou détaillée.

Le circuit de mise en forme du signal 50 peut

modifier les signaux de contre-réaction du transduc-

teur de déplacement 32', ce qui peut produire un signal

redressé alternatif de capteur avec, disons, une fonc-

tion de transfert passe-bas, pour supprimer toutes les composantes alternatives hautes fréquences, et qui, en utilisant un terme intégrateur, augmente le gain de

la boucle aux fréquences basses ou nulles.

Le circuit de mise en forme du signal 51 peut agir, moins pour modifier les signaux par une fonction de transfert que pour limiter la bande passante du

signal. Par exemple certains accéléromètres piézo-

électriques utilisent un transducteur capacitif et ont une polarisation continue sur laquelle un signal d'accélération alternatif est superposé, et le circuit 51 peut comprendre un condensateur pour bloquer le courant continu. Cependant l'accéléromètre produit un signal de sortie alternatif en réponse à des fréquences

supérieures à 10 kilohertz, et de façon possible jus-

qu'à 50 kilohertz. Bien que le passage d'un courant alternatif à ces fréquences à travers la bobine et en dehors de la bande passante de la réponse de la boucle de contre-réaction doive être "invisible", il est possible que la bobine exerce un effet redresseur sur le courant alternatif et introduise un courant continu

qui est enregistré comme une erreur d'accélération.

Dans une situation telle que celle qui a été invoquée

ci-dessus en relation avec les plates-formes inertiel-

les dans lesquelles les signaux d'accélération hautes fréquences sont combinés sous forme numérique avec ceux d'autres axes, les signaux d'accélération sont échantillonnés, et l'accéléromètre hautes fréquences

n'a pas besoin d'une bande passante de réponse s'éten-

dant de façon significative au-dessus de 3 kilohertz; pour éviter tout risque d'erreur dû à des signaux de fréquences supérieures, le circuit 51 peut aussi comprendre un filtre passe-bas pour limiter à la

demande la bande passante du signal.

On comprendra que les axes sensibles de

l'accéléromètre hautes fréquences 46 et de l'accélé-

romètre basses fréquences doivent être alignés pour répondre aux forces d'accélération suivant une même ligne. Idéalement, les centres depercussion des deux instruments devraient coincider, mais, étant donné que l'accéléromètre hautes fréquences est situé tout près de l'accéléromètre basses fréquences, il-est

situé de sorte que les directions de leurs axes sensi-

bles soient au moins parallèles, sinon confondues, comme

indiqué figure 2.

Une configuration alternative est représen-

tée schématiquement sur la figure 3. Un accéléromètre basses fréquences à contre-réaction de forces 60

comprend une masse d'épreuve déplaçable 61, un trans-

ducteur de déplacement 62, une boucle de contre-réaction 63 comprenant un amplificateur à transconductance 64 et

des moyens de capture 65 comprenant une bobine élec-

tromagnétique couplée mécaniquement à la masse 61 et recevant le courant de l'amplificateur 64. Un premier accéléromètre hautes fréquences 66 est placé sur l'un des côtés de l'axe sensible 67 de l'accélé- romètre basses fréquences, avec son axe sensible

parallèle au sien. Un second accéléromètre hautes fré-

quences 68 est placé à égale distance de l'autre c8té -de l'axe 67 et aligné avec lui. Les signaux des deux accéléromètres hautes fréquences sont combinés dans un élément additionneur 69 pour trouver une valeur

moyenne de l'accélération linéaire. La paire d'accélé-

romètres hautes fréquences a un centre de percussion

effectif, par rapport aux forces d'accélération compre-

nant des composantes de translation et de rotation, qui coincident avec le centre de gravité de la masse

d'épreuve 61.

Ainsi, en même temps, l'accéléromètre basses fréquences et la paire d'accéléromètres hautes fréquences

subissent l'accélération agissant au même point et éli-

minent les erreurs dues à la séparation physique.

L'accéléromètre ou les accéléromètres hautes fréquences d'une paire peuvent être autre que celui

du type capacitif piézo-électrique décrit dans le pré-

* sent document, tel que piézo-résistant, mais sont de préférence de types miniatures afin de permettre le maximum de latitude pour les placer par rapport à

1l'accéléromètre basses fréquences.

De la même façon, l'accéléromètre basses fréquences peut être un instrument à contre-réaction de force autre que le type pendulaire décrit ici, la capacité à atténuer les erreurs vibropendulaires

étant redondante, mais en gardant la capacité à parti-

culariser la réponse de la boucle de contre-réaction pour satisfaire à un quelconque critère particulier de l'instrument. Qu'un système accélérométrique à un seul axe selon la présente invention comprenne un seul accéléromètre hautes fréquences comme représenté figure 2, ou une paire comme représenté figure 3, il y a une grande liberté pour monter les accéléromètres hautes fréquences dans le système, de sorte que, quand plusieurs systèmes sont utilisés, par exemple dans une

combinaison à trois axes, une disposition plus effi-

cace peut être obtenue.

Ceci est plus facilement compris à l'aide d'un exemple dans lequel le système accélérométrique de la figure 2 est utilisé dans une configuration de plate-forme inertielle. De telles configurations sont bien connues, et les principaux composants en sont

illustrés schématiquement sur le figure 4, qui, asso-

ciée à la figure 2, montre trois systèmes accéléromè-

triques à un seul axe 30', 30" et 30''' portés par la plate-forme inertielle et ayant des axes sensibles

alignés avec les axes orthogonaux X, Y et Z de celle-ci.

La plate-forme porte aussi trois gyroscopes à un seul axe, 70', 70" et 70''', chacun étant aussi aligné pour mesurer les forces de rotation par rapport aux axes orthogonaux X, Y et Z. Les sorties des accéléromètres

et des gyroscopes sont reliées à un ordinateur, repré-

senté de façon générale en 71, qui utilise des techni-

ques standard pour calculer la position de la plate-

forme dans l'espace, et ne demande pas de description

plus approfondie. Le calculateur est également organisé

pour prendre en compte les signaux reçus de l'accéléro-

mètre dans la bande des vibrations de plus hautes fré-

quences, et à partir de là, utiliser des algorithmes

basés sur des équations de correction d'erreurs stan-

dard pour calculer et appliquer des corrections à basses fréquences aux signaux des accéléromètres basses

fréquences des autres axes.

En se référant maintenant à la figure 5, une plate-forme inertielle représentée schématiquement comprend un ensemble 80 formé par les trois systèmes accélérométriques 30', 30" et 30''' portés par les parois internes d'une structure cubique, et les trois ensembles gyroscopiques 70', 70" et 70''' fixés aux parois extérieures de la structure. Les gyroscopes sont des gyroscopes compacts à laser et à tremblement mécanique au cours de l'utilisation. Ils sont également utilisés en mode monté à bord, c'est-à-dire que la plate-forme n'est pas suspendue de manière à maintenir

son orientation dans l'espace en se mouvant par rap-

port au véhicule portant la plate-forme, mais est assujettie à se mouvoir avec le véhicule, recevant à la fois les vibrations transmises par le véhicule et

celles engendrées par le fonctionnement des gyroscopes.

Les systèmes accélérométriques 30', 30" et ''' sont construits de telle sorte que l'accéléromètre hautes fréquences 46 soit écarté du bloc principal de l'accéléromètre basses fréquences 10', etc., permettant une localisation des trois systèmes accélérométriques telle que les accéléromètres basses fréquences soient montés avec leurs centres de percussion très près du

centre de gravité de la plate-forme et que les accélé-

romètres hautes fréquences soient sensiblement au même

endroit dans l'espace.

On comprendra qu'une plate-forme semblable

peut être construite en utilisant un système acc6léro-

métrique à un seul axe comme indiqué figure 3, les accéléromètres hautes fréquences étant disposés dans chaque système accélérométrique à un seul axe de telle sorte que les centres de percussion des trois paires coïncident, même si les accéléromètres eux-mêmes sont

séparés. Avec la construction particulière d'accéléro-

mètres à un seul axe de la figure 3, outre la somme des

signaux des deux accéléromètres hautes fréquences four-

nissant la composante de l'accélération le long de

l'axe grâce au centre de percussion commun, la diffé-

rence entre les signaux des deux accéléromètres hautes fréquences peut être prise comme mesure de la rotation des instruments accélérométriques autour d'un axe orthogonal. Ainsi, les trois instruments accélérométriques disposés orthogonalement peuvent fournir les mesures de

rotation qui sont normalement fournies par les gyrosco-

pes et permettent de faire plus commodément les correc-

tions d'erreurs.

L'utilisation d'un système accélérométrique à un seul axe selon le premier aspect de la présente

invention permet ainsi la construction d'une plate-

forme inertielle ayant des performances améliorées.

Il est clair que d'autres formes de plates-

formes peuvent utiliser de tels systèmes accélérométri-

ques à un seul axe, lesquels systèmes peuvent aussi être utilisés dans toute configuration dans laquelle une plus grande largeur de bande utile est exigée et o les

erreurs potentielles de facteur d'échelle duesà l'uti-

lisation de plus d'un accéléromètre doivent être évitées.

Claims (7)

REVENDICATIONS

1. Dispositif accélérométrique à un seul axe comprenant (i) un accéléromètre basses fréquences (30) du type à contre-réaction de force, comprenant une masse d'épreuve inertielle (31') montée de sorte qu'elle puisse se déplacer à partir d'une position de référence, le long d'un axe sensible, sous l'effet d'une force d'accélération, un transducteur de déplacement '(32) pouvant fournir un signal de contre-réaction fonction du déplacement de la masse d'épreuve (31') à partir de sa position de référence, et des moyens de capture (35) pouvant répondre à un courant de capture les traversant pour appliquer une force de remise en place à la masse d'épreuve pour équilibrer la force d'accélération, le

courant de capture étant fonction du signal de contre-

réaction; (ii) un accéléromètre auxiliaire (46) fixé par rapport à l'accéléromètre basses fréquences, et pouvant répondre aux forces d'accélération le long de l'axe sensible pour produire un signal fonction de l'accélération; et (iii) des moyens de traitement du signal (48) pouvant combiner le signal de contre-réaction du transducteur de déplacement (32) de la masse d'épreuve (31) et le signal fonction de l'accélération produit par l'accéléromètre auxiliaire (46), et en déduire le courant de capture pour les moyens de

capture, le dispositif accélérométrique étant carac-

térisé par le fait que l'accéléromètre auxiliaire (46) est un accéléromètre hautes fréquences, répondant aux accélérations vibratoires à hautes fréquences le long

de l'axe sensible.

2. Dispositif accélérométrique à un seul axe selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les moyens de traitement du signal comprennent des moyens de mise en forme du signal (50, 51) pouvant faire varier au moins l'un des signaux à mélanger,

selon une fonction de transfert prédéterminée.

3. Dispositif accélérométrique à un seul axe selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les moyens de mise en forme du signal comprennent un circuit filtre (50) pouvant transmettre les signaux fonction de l'accélération fournis par l'accéléromètre

hautes fréquences dans une bande de fréquences prédé-

terminée.

4. Dispositif accélérométrique à un seul axe selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les moyens de mise en forme du signal comprennent un circuit de mise en forme du signal actionnable pour

former une composante intégrale du signal de contre-

réaction provenant du capteur de déplacement de la

masse d'épreuve.

5. Dispositif accélérométrique à un seul axe

tel que revendiqué dans l'une quelconque des revendi-

cations précédentes, caractérisé par la présence d'un accéléromètre hautes fréquences supplémentaire (68), fixé par rapport à l'accéléromètre basses fréquences (60) de sorte que les directions des axes sensibles des accéléromètres hautes fréquences (66, 68) soient parallèles à l'axe sensible (67) de l'accéléromètre basses fréquences (60) et que ces axes soient disposés à égales distances de chaque côté de ce dernier, et des moyens de mélange (69) pouvant fournir un signal de sortie représentant le signal d'accélération moyen en provenance des deux accéléromëtres hautes fréquence

(66, 68).

6. Configuration de plate-forme inertielle comprenant trois dispositifs accélérométriques à un seul axe tels que revendiqués dans l'une quelconque des

revendications précédentes, caractérisée en ce que les

dispositifs accélérométriques sont disposés de sorte que

leurs axes sensibles soient mutuellement orthogonaux.

7. Configuration de plate-forme inertielle selon la revendication 6, caractérisée par le fait que les dispositifs accélérométriques à un seul axe sont disposés de telle sorte que les centres de percussion des

accélérométres hautes fréquences coïncident sensiblement.