FR2645264A1 - Gyroscope a fibre optique - Google Patents
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Abstract
Le gyroscope à fibre optique modulé en phase selon l'invention comprend une section génératrice de signal A contenant une source lumineuse 2, un trajet optique 3 servant à propager la lumière de la source dans le sens horaire et dans le sens antihoraire, et un modulateur de phase 6 qui module la lumière se propageant sur le trajet optique; une section de conversion photo-électrique qui convertit le signal optique reçu en un signal électrique; et une section de traitement de signal qui donne le sens de rotation et la vitesse de rotation à partir du signal électrique reçu, cette section de traitement comportant un convertisseur analogique numérique 9 qui convertit le signal électrique reçu en un signal numérique et un processeur de signal numérique 101 qui effectue les calculs d'angle sur la base du signal numérique reçu.
Description
La présente invention concerne les gyroscopes à fibre optique montés sur
des véhicules en déplacement, ou autres, afin de détecter la vitesse angulaire de rotation. Plus particulièrement, l'invention concerne un gyroscope à fibre optique modulé en phase comprenant une section génératrice de signal comportant une source de lumière, un trajet optique servant à propager la lumière depuis la source dans le sens horaire et dans le sens anti-horaire et un modulateur de phase servant à moduler la lumière se propageant sur le trajet optique, et une section de traitement de signal servant à extraire le sens de rotation et la vitesse angulaire de rotation à
partir du signal de sortie de la section génératrice de signal.
Ce type de gyroscope à fibre optique modulé en phase donne la vitesse angulaire de rotation sur la base du principe suivant. Lorsqu'une rotation présentant une vitesse angulaire Q est appliquée sur le trajet optique, il se produit un déphasage 66 du à l'effet Sagnac pour la lumière se propageant dans le sens horaire et dans le sens anti-horaire sur le trajet optique. A ce moment, entre la vitesse angulaire Q et le déphasage L6, se forme l'équation suivante: L9 = (8,NA/ic)n... (1) o A est l'aire entourant le trajet optique, c est la vitesse de la lumière dans le vide, X est la longueur d'onde dans le vide, et
N est le nombre de tor-s.
Si le modulateur de phase produit une tension modulée f(t) exprimée par l'équation suivante: f(t) = bsinrmt... (2)
o b est l'amplitude de modulation, et wm est la fréquence angu-
laire de modulation, alors il se produit un déphasage d dans la modulation de phase entre la lumière se déplaçant en sens horaire et la lumière se déplaçant en sens anti-horaire sur le trajet optique. = wmt = nltm/c = 2rfmnl/c... (3) o T est la durée de passage de la lumière, l est la longueur de la fibre, n est l'indice de réfraction, et fm est la modulation de fréquence.
Si la lumière sortant de la section génératrice de signal -
est convertie en un signal électrique par un convertisseur photo-
éLectrique, alors: S(A6, t) = Elsini{wt + Ae/2 + bsin(wmt + 6/2)} + E2sin {0ot - L6/2 + bsin(umt - î/2}1 2
= 1/2 (E12 + E22)
+ ElE2.JO(2bsin(6/2))cos46 (signal du niveau continu) + 2EIE2. J1(2bsin(6/2))sinA8coswmt (composante S1 de la fréquence fondamentale) + 2E1E2.J2(2bsin(6/2))cosA6cos2wmt (composante S2 de la deuxième harmonique supérieure) + 2EIE2.J3(2bsin(6/2))sinA6cos3imt (composante S3 de la troisième harmonique supérieure) + 2EIE2.J4(2bsin(C/2))cosA6cos4womt (composante S4 de la quatrième harmonique supérieure)
+...... (4)
o Jn (n = 0, 1, 2,...) est la fonction de Bessel.
Dans l'équation (4), Ar s'obtient par extraction de la composante S1 de la fréquence fondamentale et de la composante S2
de la deuxième harmonique supérieure.
Ae = tan1 EJ2() /JI(Q).S1/S2]... (5) o i = 2bsin(6/2) D'après l'équation (5), la valeur de Ae est indéfinie, mais peut
être déterminée par contrôLe des signes de SI et S2.
On maintient constant le terme constant J2(I)/J1(U) en ajustant = 2bsin(62) de façon rendre constant le rapport entre La composante S2 de la deuxième harmonique supérieure et la composante S4 de la quatrième harmonique supérieure:
S2/S4 = J2(E)/J4(Z)... (6)
Plus particulièrement, la composante de la fréquence de modulation fondamentale et plusieurs composantes d'harmoniques de modulation supérieures sont extraites du signal de sortie de la section génératrice de signal. En ajustant La tension d'excitation du modulateur de phase de façon à donner une valeur prédéterminée aux rapports des amplitudes des différentes composantes, on réalise une compensation pour les variations du facteur d'échelle qui sont dues aux variations, et autres, de la polarisation à l'intérieur de la fibre optique, sous l'effet des variations des conditions
ambiantes, comme celles de la pression et de la température.
Dans le système analogique classique, la section de traitement de signal comporte plusieurs circuits de détection d'ondes synchronisées (également appelés amplificateurs enclenchés,
ou de blocage) correspondant aux composantes de fréquence respec-
tives et disposés en aval du convertisseur photoélectrique afin d'extraire la composante de la fréquence de modulation fondamentale et les différentes composantes des fréquences de modulation supérieures. Sur la base des signaux de sortie des circuits de détection d'ondes synchronisées, la vitesse angulaire est calculée
et la tension d'excitation du modulateur de phase est ajustée.
Toutefois, avec le circuit ayant la structure ci-dessus
décrite, la stabilité des circuits de détection d'ondes synchro-
nisées exerce une grande influence sur la précision de la vitesse angulaire lors de la compensation des variations du facteur d'échelle.
Ainsi, avec les circuits de détection d'ondes sychro-
nisées, la précision de la compensation peut se détériorer du fait
de variations ou de changements dépendant du temps dûs aux caracté-
ristiques de température de la tension de sortie, puisque les signaux sont analogiques. Par conséquent, le sens de rotation
obtenu et la vitesse angulaire calculée manquent de fiabilité.
En outre, il faut effectuer initialement une opération d'ajustement des gains, et autres, pour les différents circuits de détection d'ondes synchronisées. Les erreurs d'ajustement qui se
produisent alors altèrent fortement la précision de la compensa-
tion. Un but de l'invention est de fournir un gyroscope à fibre optique dans lequel les erreurs de mesure dues aux variations de la température et autres sont réduites et les coûts d'ajustement
et d'assemblage sont diminués.
Le but ci-dessus énoncé est réalisé, selon l'invention, à l'aide d'un gyroscope à fibre optique modulé en phase, comprenant une section génératrice de signal qui comporte une source de lumière, un trajet optique servant à propager la lumière depuis la source de lumière dans le sens horaire et le sens anti-horaire, et un modulateur de phase servant à moduler la lumière qui se propage sur le trajet optique; une section de conversion photoélectrique servant à convertir en signal électrique le signal optique reçu de la part de la section génératrice de signal; et une section de traitement de signal servant à produire le sens de rotation et la vitesse de rotation à partir du signal électrique reçu de la part
de la section de conversion photoélectrique, la section de traite-
ment de signal comportant un convertisseur analogique-numérique qui convertit le signal électrique reçu de la section de conversion photoélectrique directement en un signal numérique, et un processeur de signal numérique servant à effectuer des calculs
d'angles sur la base du signal numérique reçu de la part du conver-
tisseur analogique-numérique.
Avec la structure ci-dessus présentée, le signal de sortie de la section de conversion photoélectrique est converti
directement en un signal numérique par le convertisseur analogique-
numérique contenu dans la section de traitement de signal. Ensuite, le signal numérique est séparé par le processeur de signal numérique en une composante de fréquence de modulation fondamentale
et plusieurs composantes de fréquences de modulation supérieures.
Après cela, des opérations arithmétiques prédéterminées sont effectuées pour produire une vitesse angulaire et pour ajuster la fréquence d'excitation du modulateur de phase. Une semblable section de traitement de signal ne demande pas de circuit de détection d'ondes synchronisées, comme le ferait un dispositif de
traitement de signal analogique.
Avec le gyroscope à fibre optique modulé en phase selon l'invention, le convertisseur analogique-numérique convertit
directement le signal de sortie de la section de conversion photo-
électrique en un signal électrique destiné à être apDliqué au processeur de signal numérique. Ainsi, la section de traitement de signal ne demande pas de circuit de détection d'ondes synchronisées amenant une détérioration de la précision par suite des variations
de la tension de sortie qui se produisent du fait des caractéris-
tiques de température et des changements dépendant du temps et qui nécessitent diverses opérations d'ajustement. Ce gyroscope à fibre optique permet d'obtenir des coûts réduits pour les pièces et leur assemblage et assure un niveau de performance stationnaire voulue
sur une longue durée.
Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, la section de traitement de signal numérique comporte un processeur permettant d'effectuer une transformation de Fourier rapide du signal qui lui est appliqué en entrée, et une mémoire servant à emmagasiner une donnée de référence, permettant de distinguer entre la valeur positive et la valeur négative, qui correspond aux parties réelle et imaginaire de la valeur de la transformée de Fourier, si bien qu'on peut déterminer le caractère positif ou négatif de la partie réelle de la valeur de la transformée de Fourier par comparaison entre la valeur de la transformée de Fourier reçue de la part du processeur et la donnée de référence
assurant la distinction entre valeur positive et valeur négative.
Avec cette structure, après que le signal de sortie de la section génératrice de signal a été directement converti en un
signal numérique, ce signal numérique est soumis à une transforma-
tion de Fourier dans le processeur. Les résultats de l'opération
pour des composantes de fréquences sélectionnées sont extraits.
Les résultats d'opération sont comparés avec la donnée de référence de distinction entre valeur positive et valeur négative qui est emmagasinée dans la mémoire et qui correspond aux nombres réel et immaginaire, si bien qu'on détermine le caractère positif
ou négatif du nombre réel associé aux résultats de l'opération.
Lorsque, par exemple, la section génératrice de signal comprend un gyroscope à fibre optique modulé en phase, la donnée de référence distinguant entre valeur positive et valeur négative est déterminée de la manière suivante. On fixe le gyroscope à fibre optique sur un plateau tournant servant de système de référence, et on fait tourner sur lui-même le plateau tournant avec une même
vitesse angulaire dans le sens horaire et dans le sens anti-
horaire. On recueille des données d'échantillonnage pendant les rotations. On soumet ces données à une transformation de Fourier rapide, afin d'extraire des résultats d'opération pour la fréquence de modulation fondamentale S1. On obtient ensuite une équation représentant la médiatrice associée aux deux points dans l'espace complexe, et on l'emmagasine dans la mémoire comme donnée de
référence de distinction entre valeur positive et valeur négative.
Après cela, une donnée établie et recueillie sous forme d'échantillons dans un système de mesure réel est soumise à la transformation de Fourier rapide, et on contrôle de quel côté de la médiatrice se trouve la région à laquelle le résultat d'opération associé à la fréquence de modulation fondamentale Sl appartient. De cette manière, on fait la distinction entre la valeur positive ou négative du nombre réel relatif aux résultats d'opération dans un
système de mesure réel.
Avec le dispositif de traitement de signal numérique selon l'invention, on obtient la distinction entre la valeur positive ou négative du nombre réel contenu dans les résultats d'opération d'une manière très précise, par le fait qu'on réduit l'influence de diverses caractéristiques de la section génératrice de signal, du bruit électrique, et des erreurs se produisant dans
le processeur.
Avec ce gyroscope à fibre optique modulé en phase, on peut déterminer le sens de rotation avec une précision très élevée, même pour des vitesses angulaires infimes de l'ordre de 0,1 à
0,01 par seconde.
Dans un autre mode de réalisation de l'invention, la
section de traitement de signal numérique a pour fonction de déter-
miner le sens de rotation en comparant l'information de forme d'onde contenue dans le signal numérique d'entrée et reposant sur des composantes d'un signal de synchronisation synchronisé sur un signal de modulation du modulateur de phase, avec l'information de
forme d'onde de base mémorisée à l'avance.
Dans ce cas, un signal est délivré par un générateur de signal de synchronisation, qui est synchronisé avec le signal de modulation du modulateur de phase. Alors, la donnée échantillonnée par le convertisseur analogique-numérique à partir du signal de sortie de la section génératrice de signal peut être traitée comme
une donnée de forme d'onde pendant un cycle de fréquence de modu-
lation basé sur le signal de synchronisation et comme une donnée n'ayant pas de déphasage même si-la vitesse angulaire appliquée varie. D'autre part, la mémoire emmagasine une donnée de forme d'onde de base représentant des caractéristiques de la forme d'onde
qui sont variables avec le sens de rotation.
La section de traitement de signal compare la donnée de forme d'onde de base et la donnée échantillonnée afin de déterminer
le sens de rotation.
Ainsi, le signal de sortie de la section génératrice de
signal varie avec la vitesse angulaire 2 appliquée, comme repré-
senté dans l'équation (4). Les conditions de variation possèdent des configurations qui sont propres aux sens de rotation horaire et
anti-horaire.
Sur la base de ce fait, on détermine le sens de rotation en vérifiant avec quel sens de rotation, horaire ou anti-horaire,
est associée la configuration de la donnée de forme d'onde échan-
tillonnée par le convertisseur analogique-numérique.
De cette manière, on peut déterminer le sens de rotation du gyroscope à fibre optique avec une grande facilité et en un temps bref sans devoir attendre le temps de fonctionnement prolongé
qui est demandé par une transformation de Fourier.
La description suivante, conçue à titre d'illustration de
l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages; elle s'appuie sur les dessins annexes, parmi lesquels: la figure 1 est un schéma de principe du gyroscope à fibre optique, la figure 2 est un diagramme temporel montrant la
relation temporelle d'échantillonnage du convertisseur anaLogique-
numérique, la figure 3 est un organigramme du traitement du signal numérique, la figure 4 est un graphe d'un système de discrimination de référence, les figures 5A à 5I sont des vues représentant des formes d'onde de signaux de sortie d'une section génératrice de signal, les figures 6 et 7 sont respectivement des tables de valeurs d'amplitude et de polarités de formes d'onde de signaux, la figure 8 est un organigramme du traitement du signal numérique dans un mode de réalisation modifié, les figures 9A et 9B sont des vues montrant d'autres formes d'onde des signaux de sortie de la section génératrice de signal, et la figure 10 est un schéma de principe d'un gyroscope
possédant plusieurs convertisseurs analogique-numérique.
Comme on peut le voir sur la figure 1, un gyroscope à fibre optique modulé en phase en action comprend une section génératrice de signal A comportant un système optique 1 et un modulateur de phase 6. Le système optique 1 comporte une source de lumière 2 et un trajet optique 3 permettant de propager de la lumière depuis la source de lumière 2, par exemple une diode laser, dans le sens horaire et dans le sens anti- horaire. Le modulateur de phase 6 est disposé à une extrémité du trajet optique 3 et peut fonctionner avec une fréquence prédéterminée. Le signal de sortie de la section génératrice de signal A est appliqué via une section de conversion photoélectrique 7 à une section de traitement de
signal 8 servant à calculer la vitesse angulaire et autres.
Le trajet optique 3 comprend une boucle de fibre optique formée par enroulement d'une fibre optique à une seule polarisation (S.P.F.). Venant de la source de lumière, la lumière est canalisée via des coupleurs directifs S.P.F. 4 et 4' et un filtre polarisant 5. Ainsi, la source de lumière 2, les coupleurs directifs S.P.F. 4 et 4', le filtre polarisé en 5 et le trajet optique 3 constituent
le système optique 1.
Le modulateur de phase 6 est formé par enroulement de La fibre optique formant le trajet optique 3 autour d'un éLément électrostrictif, tel qu'un PZT, à une extrémité du trajet optique
3. L'élément électrostrictif est excité à une fréquence prédéter-
minée par un signal venant d'un circuit d'excitation 11, lequel sera décrit ultérieurement., afin qu'il dilate et contracte la fibre optique de manière à moduler la phase de la lumière se propageant
dans le trajet optique 3. Ainsi, le système optique 1 et le modu-
lateur de phase 6 constituent la section génératrice de signal A. La section de conversion photoélectrique 7 comporte un convertisseur photoélectrique 7a et un pré-amplificateur 7b. Le convertisseur photoélectrique 7a convertit le signal optique qui se propage dans le trajet optique 3 suivant le sens horaire et le sens anti-horaire et oui est délivré par le coupleur 4 en un signal électrique. Le préamplificateur 7b amplifie à un niveau approprié
le faible signal électrique délivré par le convertisseur photo-
électrique 7a.
La section 8 de traitement de signal comporte une unité 9 de conversion analogique-numérique, une unité 10 de traitement de signal numérique, le dispositif d'excitation 11 servant à exciter le modulateur de phase 6, une unité 12 génératrice de signal de
synchronisation et une unité 13 de conversion numérique-analogique.
L'unité de conversion analogique-numérique 9 convertit le signal de sortie du pré-amplificateur 7b en un signal numérique. L'unité de traitement de signal numérique 10 calcule la vitesse angulaire sur
la base du signal de sortie reçu de La part de l'unité de conver-
sion analogique-numérique 9 et produit un signal de réaction à destination du modulateur de phase 6. L'unité génératrice de signal de synchronisation 12 applique des signaux prédéterminés à l'unité
de conversion analogique-numérique 9 et au dispositif d'excita-
tion 11. L'unité de conversion numérique-analogique 13 renvoie des données de réaction de l'unité de traitement de signal numérique 10
au dispositif d'excitation 11.
L'unité de conversion analogique-numérique 9 comporte un circuit d'échantillonnage et de maintien et un convertisseur
analogique-numérique. L'unité génératrice de signal de synchronisa-
tion 12 comporte un générateur de signal de référence 12a, un S05 diviseur de fréquence 12b et un autre diviseur de fréquence 12c. Le circuit d'échantillonnage et de maintien de l'unité de conversion 9 reçoit le signal analogique déLivré par le pté-amplificateur 7b en synchronisme avec un signal d'impulsion d'échantillonnage possédant une fréquence fs obtenue par division, par le diviseur de fréquence 12b, d'un signal de référence dont la fréquence fr est fournie par le générateur de signal de synchronisation 12a. Le convertisseur analogique-numérique de L'unité de conversion 9 convertit en un signal numérique le signal analogique maintenu dans le circuit d'échantillonnage et de maintien. Le diviseur de fréquence 12c
délivre un signal d'horloge au dispositif d'excitation 11.
En outre, le diviseur de fréquence 12b délivre un signal de déclenchement, de fréquence ft, en synchronisme avec Les fréquences f et fs. Ce signal de déclenchement est appliqué en
entrée à l'unité de traitement de signal numérique 10.
Ainsi, l'unité génératrice de signal de synchronisation 12 fait fonction d'unité génératrice de signal synchrone 12 et sert à délivrer des signaux en synchronisme avec un signal de modulation
du modulateur de phase 6.
L'unité de conversion analogique-numérique 9 reçoit une composante de fréquence de modulation fondamentale (fréquence fm), une composante de la deuxième harmonique supérieure (fréquence 2fm) et une composante de la quatrième harmonique supérieure (4fm) du
signal de sortie produit par le système optique 1.
Le signal d'impulsion d'échantillonnage est obtenu par division du signal de référence, de fréquence fr, fourni par le générateur de signal de référence 12a de l'unité génératrice de signal 12 de manière qu'il soit produit la fréquence fs par l'intermédiaire du diviseur de fréquence 12b. Comme on peut le voir sur la figure 2, Le signal de référence est divisé de façon à
produire la fréquence fs = 8/3.fs, si bien que la relation tempo-
relle d'échantillonnage relative à un cycle de la fréquence de modulation fondamentale fm du signal de sortie du système optique 1
se répète de manière décalée dans le temps sur trois cycles.
Pour échantillonner la composante de la quatrième harmo-
nique supérieure, des impulsions d'échantillonnage d'au moins 8fm (2 x 4fm) sont nécessaires d'après le théoreme d'échantillonnage de Shannon. Toutefois, on utilise ici un procédé d'échantillonnage temporel équivalent pour obtenir le nombre d'échantillonnages nécessaires pour un cycle à partir de trois cycles, à la condition que le signal de sortie du système optique 1 soit sensiblement constant sur trois cycles. Ceci permet d'utiliser un convertisseur analogique-numérique à faible vitesse et précision éLevée qui est
relativement peu coûteux.
L'unité de traitement de signal numérique 10 comporte un processeur 101 servant à effectuer une transformation de Fourier rapide de la donnée d'échantillonnage reçue en provenance de l'unité de conversion analogiquenumérique 9, et un discriminateur 102 servant à déterminer si les nombres réels contenus dans les résultats d'opération reçus de la part du processeur 101 sont positifs ou négatifs. Le discriminateur 102 comporte une mémoire 102a permettant d'emmagasiner une donnée de référence servant à effectuer la distinction, et un comparateur 102b servant à comparer
les résultats d'opération avec la donnée de référence.
La séquence de traitement effectuée par la section de traitement de signal pour déterminer le sens de rotation appliqué au gyroscope à fibre optique va maintenant être décrite en relation
avec l'organigramme de la figure 3.
Tout d'abord, l'étape n 1 est exécutée pour échantil-
lonner le signal de sortie reçu de la section génératrice de signal A via l'unité de conversion analogique-numérique 9. Ensuite, à l'étape n 2, les données d'échantillonnage ainsi obtenues sont soumises à la transformation de Fourier rapide dans le processeur 101. A l'étape n 3, des résultats d'opération relatifs à la fréquence de modulation fondamentale Si sont extraits des résultats de l'opération effectuée à l'étape n 2. A l'étape n 4, les résultats d'opération extraits sont portés dans un éLément de discrimination de référence qui est emmagasiné dans la mémoire 102a. On obtient un élément de discrimination de référence de la manière suivante: On fixe sur un plateau rotatif, faisant fonction de système de référence, la section génératrice de signal A et la section de traitement 8, et on fait tourner le. plateau de référence
à une même vitesse dans le sens horaire et le sens anti-horaire.
On recueille des données d'échantillonnage pendant les rotations effectuées dans les deux sens. On soumet ces données à la transformation de Fourier rapide dans le processeur 101, afin d'extraire des résultats d'opération, soit P et Q, pour la
fréquence de modulation fondamentale Si.
Comme représenté sur la figure 4, on positionne les
parties réelles et imaginaires des deux nombres complexes résul-
tants P et Q dans un système de coordonnées X-Y, ainsi que l'équa-
tion (7) représentant la médiatrice L passant entre les deux, de la manière suivante: y = f(x)... (7) L'équation (7) représentant la médiatrice est emmagasinée
dans la mémoire 102a comme élément de discrimination de référence.
o Ainsi, à l'étape n 4, le résultat d'opération relatif à la fréquence de modulation fondamentale S1 est porté dans L'équation (7), le nombre réel et le nombre imaginaire étant
rapportés aux coordonnées X-Y.
On effectue ensuite l'étape n 5 pour déterminer le sens de rotation, c'est-à-dire vers l'avant, ou dans le sens horaire, si y est positif, et vers l'arrière, ou dans le sens anti-horaire, si
y est négatif.
Sur la figure 4, les points A à D sont des représenta-
tions de résultats d'opération dans un système-de mesure réelle.
Ces points représentent les vitesses angulaires de rotation suivantes: Point A... 0,5 /s Point B... 5,0 /s Point C... -0,5 /s Point D... -5, 0 /s Ensuite, à L'étape n 8, on obtient la vitesse angulaire de rotation en calculant L6 de l'équation (5) à partir des
résultats d'opération relatifs à la fréquence de modulation fonda-
mentale S1 et des résultats d'opération relatifs à la composante de
la deuxième harmonique supérieure S2 oe l'équation (4).
De plus, à l'étape n 9, on effectue l'application de la
réaction ainsi que d'autres opérations de commande pour le modula-
teur de phase 6 sur la base de l'équation (6).
On va maintenant décrire un autre mode de réalisation.
Fondamentalement, ce mode de réalisation diffère du précédent par la manière dont le signal est traité par l'unité de
traitement de signal numérique 10. On ne répètera pas la descrip-
tion pour les parties du traitement du signal numérique qui sont
communes dans les deux modes de réalisation.
Le processeur 101, la mémoire 102a et le comparateur 102b ainsi que l'unité de traitement de signal numérique 10 ont des
fonctions différentes de celles du mode de réalisation précédent.
La mémoire 102a emmagasine une donnée de forme d'onde de base qui est obtenue lorsqu'une vitesse angulaire prédéterminée est appliquée au gyroscope à fibre optique. Le comparateur 102a compare la donnée de forme d'onde de base et une donnée de forme d'onde apparaissant un temps prédéterminé après le signal de sortie de l'unité génératrice de signal de synchronisation 12 parmi les données d'échantillonnage fournies par l'unité 9 de conversion analogique-numérique, et il détermine le sens de rotation à partir du résultat de la comparaison. Le processeur 101 calcule la vitesse
angulaire de rotation.
On suppose que le gyroscope à fibre optique possède un facteur d'échelle, soit (87NA/Xc) de l'équation (1), qui est conçu de façon à valoir 0,5, et un intervalle dynamique conçu de façon à être de 0 à + 360 par seconde. Ensuite, dans un gyroscope de faible précision dans lequel on peut négliger les composantes de la cinquième harmonique et des harmoniques supérieures du signal de sortie venant de la section génératrice de signal A, les formes
d'onde additionnées allant de la fréquence de modulation fondamen-
tale S1 à la composante de la quatrième harmonique supérieure S4 de l'équation (4): F (wmt) = 2E1E2.J1C2bsin(6/2))sinàecoswmt + 2E1E2. J2(2bsin(6/2))cosA6cos2wmt + 2E1E2.J3(2bsinC(6/2))sinAecos3umt + 2EIE2.J4(2bsin(d/2))cosAecos4wmt, varient avec la vitesse angulaire appliquée et le sens de rotation, comme représenté sur les figures 5A à 5I. La figure 6 montre les valeurs de l'amplitude et leurs polarités aux points P1, P2, P3 et P4 disposés à intervalles de f/4 à partir du point de départ PO d'un cycle de la fréquence de modulation f correspondant à une
durée prédéterminée après le signal de déclenchement.
La figure 7 représente une table consacrée à l'amplitude
au point PO et à la polarité de l'amplitude au point P2. L'inter-
valle des valeurs d'amplitude AO au point PO et la polarité de l'amplitude au point P2 sont limités par le sens de rotation et le
niveau appliqué de vitesse angulaire.
Ainsi, on détermine Le sens de rotation en contrôlant les
régions représentées sur la figure 7 auxquelles la valeur d'ampli-
tude au point PO et ta polarité d'amplitude au point P2 appartiennent. Ainsi, les données de forme d'onde de base emmagasinées dans la mémoire 102 sont des valeurs correspondant aux vitesses angulaires 0 par seconde, 900 par seconde, 1800 par seconde, -180 par seconde, -270 par seconde et 360 par seconde pour la valeur
de l'amplitude au point PO.
On va maintenant décrire, en relation avec l'organigramme de la-figure 8, une séquence de traitement du processeur de signal 10.
Tout d'abord, l'étape n 1 est exécutée pour échantil-
lonner le signal de sortie de la section génératrice de signal A
tel que numérisé par l'unité de conversion analogique-numérique 9.
Ensuite, l'étape n 2 est exécutée de façon à fixer le point de départ PO correspondant à un temps prédéterminé après le signal de déclenchement fourni par l'unité génératrice de signal de synchronisation 12, ainsi que les points P1, P2, P3 et P4 aux
quarts de cycles respectifs suivants.
A l'étape n 3, l'amplitude existant au point P0 est com-
parée avec la donnée de forme d'onde emmagasinée dans la mémoire 102a, et l'intervalle de vitesse angulaire et le sens de rotation tels qu'indiqués sur la figure 7, sont identifiés à l'aide du résultat de la comparaison et de la polarité de l'amplitude au
point P2.
A l'étape n 4, la vitesse angulaire est calculée à l'aide de l'expression de l'opération se rapportant à l'intervalle
de vitesse angulaire identifié, tel que représenté sur la figure 7.
On utilise différentes expressions de l'opération pour les différents intervalles de vitesse angulaire lors de l'obtention de la vitesse angulaire à l'étape n 4 de façon à obtenir une valeur de précision éLevée en évitant d'augmenter l'erreur
d'opération et la délivrance d'une valeur infinie.
Le gyroscope à fibre optique selon ce mode de réalisation possède un facteur d'échelle de 0,5 et un intervalle dynamique de 0 à + 360 par seconde. Toutefois, le gyroscope à fibre optique peut avoir un facteur d'échelle et un intervalle dynamique qui ne sont pas limités aux valeurs ci-dessus indiquées, mais sont fixés à
d'autres valeurs choisies.
Dans ce mode de réalisation, on détermine le sens de rotation à l'aide des valeurs d'amplitude, et autres, un point de départ étant fixé à une durée prédéterminée après le signal de synchronisation. Au lieu de cela, on peut déterminer le sens en utilisant le fait que, comme représenté sur les figures 9A et 9B,
les formes d'onde d'addition de la fréquence de modulation fonda-
mentale S1 et de la composante de deuxième harmonique supérieure S2 comprennent des formes d'onde de la première moitié et la deuxième moitié correspondant à la fréquence de modulation du modulateur de
phase qui varie avec le sens de rotation.
Ainsi, on obtient des données montrant une différence dans La forme d'onde, par exemple dans l'aire formée entre la forme d'onde et l'axe du temps ou dans la valeur absolue maximale de l'amplitude, relativement à la première moitié du cycle et à La deuxième moitié du cyle à partir du point de passage par zéro après le signal de synchronisation, et on compare les tailles ou niveaux de ces données. A cet effet, des valeurs caractéristiques des variations de la forme d'onde relativement aux sens de rotation sont emmagasinées préalablement dans la mémoire, et on détermine le sens de rotation en comparant les tailles ou niveaux cidessus
mentionnés avec les données emmagasinées.
Dans ce cas, il est déterminé que la rotation est dans le sens avant (sens horaire) lorsque la donnée de la deuxième moitié de la forme d'onde est plus grande que la donnée de la premiere
moitié.
On va maintenant énumérer des variantes possibles au
procédé d'échantillonnage équivalent précédent.
1l] Dans les modes de réalisation décrits, le signal d'impulsion d'échantillonnage est obtenu par division à partir du signal de sortie du générateur de signal de référence 12a. A la
place de cela, on peut produire le signal d'impulsion d'échantil-
lonnage en utilisant un circuit de synchronisation de phase qui est synchronisé avec le signal de synchronisation du modulateur de
phase 6.
[2] Les modes de réalisation décrits utilisent un procédé d'échantillonnage temporel équivalent qui obtient le nombre d'échantillonnages nécessaires pour un cycle à partir de trois cycles. Ceci n'est pas limitatif. Les données d'échantillonnage nécessaires pour un cycle peuvent être obtenues à partir de
n'importe quel nombre de cycles.
[3] Dans les modes de réalisation décrits, les données sont
échantillonnées par la seule unité 9 de conversion analogique-
numérique à l'aide du procédé d'échantillonnage temporel équiva-
lent. Selon une autre possibilité, on peut prévoir plusieurs unités de conversion analogique-numérique, comme représenté sur la figure 10. Dans ce cas, les unités de conversion analogique-numérique effectuent un échantillonnage des données sur la base d'impulsions d'échantillonnage ayant des fréquences fsl à fsn qui satisfont le théorème d'échantillonnage de Shannon (par exemple fs = 8fm dans les modes de réalisation précédents) sur un cycle de la fréquence fondamentale fm et qui sont fournies aux unités de conversion
analogique-numérique respectives.
Cette structure a pour avantage d'augmenter l'intervalle dynamique, puisque tout l'échantillonnage s'effectue en un cycle au moyen d'unités de conversion analogique-numérique de faible coût et
de petite vitesse.
[4] Le procédé d'échantillonnage temDorel équivalent qui a été utilisé dans les modes de réalisation précédents peut être appliqué aux unités de conversion analogique-numérique décrites
dans le paragraphe [3] ci-dessus.
Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer,
à partir du dispositif dont la description vient d'être donnée à
titre simplement illustratif et nullement limitatif, diverses autres variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention.
Claims (5)
1. Gyroscope à fibre optique modulé en phase, caractérisé en ce qu'il comprend: un moyen générateur de signal (A) comportant une source de lumière (2), un trajet optique (3) servant à propager la lumière venant de la source de lumière dans le sens horaire et dans le sens anti-horaire, et un modulateur de phase (6) servant à moduler la Lumière se propageant dans ledit trajet optique, un moyen de conversion photoélectrique (7) servant à convertir le signal optique reçu de la part du moyen générateur de signal en un signal électrique, et un moyen de traitement de signal (8) servant à donner le sens de rotation et la vitesse de rotation à partir du signal
électrique reçu de la part dudit moyen de conversion photoélec-
trique, le moyen de traitement de signal comportant un moyen de conversion analogique-numérique (9) servant à convertir le signal électrique reçu du moyen de conversion photoélectrique directement en un signal numérique, et un moyen de traitement de signal numérique (10) servant à effectuer les calculs d'angle sur la base
du signal numérique reçu du moyen de conversion analogique-
numérique.
2. Gyroscope à fibre optique selon la revendication 1,
caractérisé en ce qu'il comprend en outre un générateur d'impul-
sions d'échantillonnage temporel équivalent servant à produire à répétition, avec un décalage temporel sur plusieurs cycles, un signal d'impulsion d'échantillonnage pour un cycle du signal électrique produit par le moyen de conversion photoélectrique, le moyen de conversion analogique-numérique ayant pour fonction, en réponse au signal d'impulsion d'échantillonnage, de convertir le
signal d'entrée relatif aux différents cycles en le signal numé-
rique, et le moyen de traitement de signal numérique faisant une évaluation en reconstituant le signal correspondant à un seul
cycle à partir dudit signal numérique.
3. Gyroscope à fibre optique selon la revendication 1,
caractérisé en ce que ledit moyen de conversion analogique-
numérique comporte plusieurs convertisseurs analogique-numérique, et en ce qu'un générateur d'impulsions d'échantillonnage temporel équivalent est prévu de façon à produire à répétition, avec un décalage temporel sur plusieurs cycles, des signaux d'impulsion d'échantillonnage relatifs à un cycle du signal électrique délivré par ledit moyen de conversion photoélectrique, les convertisseurs analogique-numérique ayant pour fonction, en- réponse aux signaux d'impulsion d'échantillonnage, de convertir le signal d'entrée relatif aux différents cycles en le signal numérique à des instants assignés aux convertisseurs respectifs, ledit moyen de traitement de signal numérique effectuant une évaluation par reconstitution du signal correspondant à un seul cycle d'un seul coup à partir du
signal numérique.
4. Gyroscope à fibre optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de traitement de signal numérique
comporte un moyen de traitement permettant d'effectuer une trans-
formation de Fourier rapide du signal qui lui est appliqué en entrée, et un moyen de mémorisation servant à emmagasiner une donnée de référence permettant de distinguer entre valeur positive et valeur négative correspondant aux parties réelle et imaginaire d'une valeur de transformée de Fourier, si bien que le caractère
positif ou négatif de la partie réelle de la valeur de la trans-
formée de Fourier est déterminé par comparaison entre la valeur de
la transformée de Fourier reçue de la part dudit moyen de traite-
ment et la donnée de référence permettant de distinguer entre valeur positive et valeur négative, ce qui permet de déterminer le
sens de rotation.
5. Gyroscope à fibre optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de traitement de signal numérique a pour fonction de déterminer le sens de rotation en comparant une information de forme d'onde contenue dans le signal numérique
d'entrée et reposant sur les composantes d'un signal de synchroni-
sation qui est synchronisé avec le signal de modulation dudit modulateur de phase, l'information de forme d'onde de base étant
mémorisée préalablement.
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