FR2695997A1 - Système gyroscopique pour le mesurage d'angles. - Google Patents

Abstract

Le système gyroscopique de l'invention, destiné à la mesure d'angles ou à la navigation comporte un laser (8) tournant dans un bâti (2) autour d'un axe fixe (6) par rapport à ce bâti, à vitesse constante. Sur l'axe de rotation (6) est fixé un cercle gradué (14) avec un lecteur (16) fixé au bâti. La lecture du gyroscope (8) ferme un premier train d'impulsions (PL ) et celle du cercle gradué (14) un second train d'impulsions (PT ) . Des moyens (18) totalisent les impulsions des deux chaînes pour une détermination grossière et interpèlent les décalages entre les impulsions des deux chaînes pour une détermination fine des angles, au moyen d'une base de temps à haute fréquence.

Description

"Système gyroscopique pour le mesurage d'angles" La présente invention se

rapporte à un système gyroscopique pour le mesurage d'angles et la navigation comportant un gyroscope logé dans un bâti à rotation, autour d'un axe fixe par rapport à ce bâti et entrainé à

une vitesse de rotation constante.

Dans un système gyroscopique connu de ce type avec un gyroscope à laser, un gyroscope à déviation de vitesse est -mis en rotation dans un bâti à vitesse constante au dela du seuil de blocage Afin d'obtenir une information sur la position angulaire du gyroscope par rapport au bâti, le système traverse à chaque rotation complète, une barrière lumineuse qui permet de déterminer la rotation de 3600 avec une précision de l'ordre de grandeur de la seconde d'arc ( 1 ") environ Un compteur qui totalise les impulsions de sortie (franges d'interférence) est commandé avec une impulsion 3600 Si le bâti demeure fixe par rapport à la terre, l'on obtient, après déduction de la fraction due à la rotation de la terre, le nombre des impulsions du gyroscope par 3600 ou l'angle de rotation par impulsion de sortie du laser gyroscopique, donc le facteur d'échelle

(DLR-NACHRICHTEN 61, Novembre 1990, pages 12-15).

Les gyroscopes offrent l'avantage qu'avec eux l'on peut, sans base locale fixe, effectuer des mesurages d'angles Les lasers gyroscopiques usuels sont limités en ce qui concerne la définition d'angles Celle-ci se situe entre 1,5 3 " Avec l'agrandissement de la lecture usuelle des signaux également, cette valeur peut, à la rigueur, s'améliorer du facteur 2 ou 4 Dans de nombreux cas d'utilisation, l'on exige cependant des définitions, qui

soient supérieures dans des ordres de grandeur de 1 2.

Pour des mesurages angulaires de précision, l'on connaît des tables rotatives comportant un système numérique de mesure incorporé Celles-ci comportent un cercle gradué comportant une graduation angulaire sous forme d'un réseau de traits, qui est exploré photoélectriquement Dans les systèmes de mesure commerciaux les graduations sont réalisées avec jusqu'à 36 000 traits sur le périmètre, ce qui correspond à un pas de mesure angulaire de 0,010 = 36 " En liaison avec une interpolation numérique de l'intervalle de graduation de 1024, l'on peut obtenir des pas de mesure jusqu'en dessous

de 0,035 ".

L'incertitude de mesurage est conditionnée ici par les écarts de graduation lors de la fabrication du cercle gradué, par des erreurs d'ajustage lors de la mise en place du cercle gradué dans la table de mesures angulaires et par

des erreurs d'interpolation dans le traitement des signaux.

L'incertitude du mesurage peut diminuer à l'aide d'un procédé de mesurages d'angles dynamique autoétalonnant, dans lequel, par une rotation permanente du cercle gradué, l'angle de 3600 est utilisé comme référence dépourvue d'erreur Dans ce processus de mesurage, le lecteur du cercle gradué délivre un signal périodique, dont la situation de phase est interprétée, comme mesurage d'angles, par comparaison avec un signal de référence constant en phase Par intégration (représentation de la valeur moyenne) sur le cercle entier, l'on utilise ici le principe selon lequel, la somme de tous les angles de 3600 s'élève à 3600 et que la somme de tous les écarts de

graduation vaut fondamentalement 0 (Stepanek, K -

Mesurage de la précision d'engrenages et d'angles sur échelles magnétiques, Acta IMECO 1958, Budapest 1959) Il est, en outre, connu de fixer sur un axe deux disques de cercle gradués comportant des graduations identiques de réseaux à traits et de les entraîner en permanence au moyen d'un moteur Le système de capteur du cercle gradué inférieur est ici monté fixe sur la plaque de base portant l'entraînement en rotation et génère un signal de référence constant en phase Le système de capteur du cercle gradué supérieur est fixé à une table de rotation logée au-dessus et délivre un signal de mesure variable en phase (Contact et Etudes, Volume 260, "Technique industrielle de mesurage d'angles", Editions Expert, pages 118-121) Avec un tel système de deux cercles gradués, la certitude de mesurage s'abaisse à 0,03 " L'on utilise ici pour la lecture de phase un oscillateur 64 M Hz, qui permet pour le mesurage individuel une définition angulaire de 0,04 " La définition

du système total se situe à 0,01 ".

Le problème de la présente invention revient à perfectionner un système gyroscopique du type considéré, de manière à pouvoir obtenir une définition se situant dans un même ordre de grandeur Ce problème est résolu, conformément à la présente invention en ce que, sur l'axe de rotation du gyroscope est placé en complément, servant à mesurer la rotation par rapport au bâti, un cercle gradué, qui coopère avec un élément de lecture relié rigidement au bâti, en ce que la lecture du gyroscope s'effectue sous forme d'une première chaîne d'impulsions et celle du cercle gradué sous forme d'une deuxième chaîne d'impulsions, en ce qu'on prévoit une base de temps à haute fréquence et des moyens de comptage pour les impulsions de la première chaîne d'impulsions et celles de la base de temps, en ce qu'on prévoit un ordinateur et un moyen pour mémoriser le contenu de comptage dans l'ordinateur avec un train de mémorisation égal ou supérieur au train d'impulsions de la seconde chaîne d'impulsions, cependant que l'ordinateur est programmé pour l'interpolation du décalage d'impulsion entre les impulsions des deux chaînes d'impulsions par

utilisation de l'impulsion de la base de temps.

Dès lors que le mesurage angulaire, avec le système gyroscopique configuré selon la présente invention, ne nécessite pas de base locale fixe, l'on peut mener avec celui-ci des mesurages d'angles, là o d'autres procédés échouent L'on peut prendre ici comme exemple les télescopes à robotique ou les grands télescopes modernes de construction légère Pour les robots, c'est, en général, la position du preneur qui importe Une détermination de la position du preneur à l'aide de mesures angulaires dans les articulations des bras du robot n'est souvent pas possible,

car les bras se déforment en fonction de la charge.

S'agissant des télescopes modernes de construction légère, la possibilité de lire les angles des axes du bâti rotatif disparaît, eu égard à la suppression de constructions lourdes d'ossatures porteuses Dans de tels cas, les positions angulaires et les modifications angulaires peuvent être déterminées avec le système gyroscopique

conforme à la présente invention avec une grande précision.

Avec l'amélioration de la définition angulaire et de la largeur de bande du mesurage, un système gyroscopique convient aussi pour d'autres utilisations, pour lesquelles sont exigées une définition angulaire et une largeur de bande élevées Un autre avantage consiste en ce qu'un étalonnage est possible sur un cercle complet ( 3600) à

l'état stationnaire.

La présente invention est illustrée avec un exemple de réalisation dans les dessins annexés et décrite en détail

dans ce qui suit à l'aide de ceux-ci.

La figure 1 présente schématiquement une forme de réalisation d'un système gyroscopique conforme à la présente invention; La figure 2 montre un système gyroscopique selon la figure 1 comportant un montage dans une première forme de réalisation; La figure 3 présente la lecture à l'aide de diagramme; La figure 4 représente le système gyroscopique de la figure 1 avec un montage de lecture d'une deuxième forme de réalisation; La figure 5 montre, en représentation isométrique, une forme de réalisation modifiée d'un système gyroscopique pour mener des mesurages spatiaux d'angles; La figure 6 présente une amélioration du système angulaire de la figure 5; Le système gyroscopique représenté dans la figure 1 est placé dans un bâti, qui, ici, est représenté par une plaque de base 2 Celle-ci peut pivoter et tourner autour d'un axe 4 L'angle fl est l'angle de rotation à déterminer

dans l'espace inertiel.

Sur la plaque de base 2, est placé, capable de tourner par rapport à celle-ci, un axe 6, qui, actionné par un moteur 7, tourne en permanence à une vitesse constante Sur l'axe 6, solidaire en rotation, est placé un gyroscope 8, un laser gyroscopique de préférence, qui peut, par exemple, être placé sur un disque 10 Les gyroscopes sont insensibles à une suspension décentrée De ce fait, aucun réglage précis du gyroscope 8 sur son disque porteur 10

n'est nécessaire.

Sur l'axe 6, est en outre placé un disque 12 solidaire en rotation, portant un cercle gradué 14 comportant une graduation angulaire incrémentielle, sous forme d'un réseau à traits La graduation peut, ici, comporter sur le périmètre du cercle 36 000 traits par exemple, tels qu'ils sont fréquemment utilisés dans des cercles gradués pour des

mesurages d'angles.

Pour le cercle gradué 14, est prévu un élément de lecture 16, qui est relié rigidement à la plaque 2 et qui délivre un signal de sortie PT Il est prévu également pour le laser gyroscopique 8 un système de lecture usuel, qui n'est pas représenté ici en détail et qui délivre un signal de sortie PL Les signaux PT et PL sont des chaînes d'impulsions Ces signaux sont fournis à un montage, représenté comme un bloc 18 dans la figure 1, en vue de la détermination des angles Dans le montage, en vue de la détermination grossière des angles, sont prévus des moyens pour totaliser les impulsions de chacune des deux chaînes d'impulsions PT et PL Pour la détermination fine des angles, le montage renferme un moyen d'interpolation du décalage des impulsions entre les impulsions des deux chaînes en utilisant des impulsions d'une base de temps à

fréquence très élevée.

La fréquence du signal du laser gyroscopique s'élève à ( 1) v = ( 4 F/L) t F: surface englobée par le résonateur du laser; L: périmètre du résonateur; X: longueur d'onde de la lumière: t: vitesse de rotation (déplacement angulaire par seconde) par rapport à l'espace inertiel L'angle de rotation y se déduit de y = in dt par la totalisation des franges d'interférence à la sortie du laser annulaire Le nombre N des franges d'interférence passées devant le détecteur découle de ( 2) N = ( 4 F/LX) y = K Y. Le facteur d'échelle K est égal au nombre des franges d'interférence divisé par l'angle associé, par analogie avec le cercle gradué, égal donc au nombre de graduations par 3600 La valeur réciproque 1/K peut, par conséquent, être comprise comme un intervalle de graduation &L du laser gyroscopique Si l'on considère que la surface F englobée par le résonateur du laser est remplacée par une surface de même dimension du laser de rayon R (F = v R 2) et le périmètre L du résonateur par le périmètre correspondant du laser (L = 2 v R), alors l'égalité ci-dessus peut s'écrire

( 3) N = ( 2 R/X)y.

Pour une rotation complète, c'est-à-dire y = 2 v, l'on déduit pour le nombre de franges d'interférence: ( 4) N = ( 4 v R/X) = 2 L/X et ( 5) N= 2 m, o m = L/X est le nombre des longueur d'ondes, qui correspondent à un résonateur annulaire de longueur L (m: nombre d'ordre du résonateur; typiquement: m = 106) Le facteur '2 ' dans la dernière égalité ne vaut que pour un résonateur circulaire; s'agissant d'un résonateur quadrangulaire, le facteur est de 1,51 et de 1,31 pour un résonateur triangulaire L'on peut en conséquence considérer le laser gyroscopique 16 comme un cercle gradué avec un intervalle de graduation X/2 R. A la différence du système de mesurage mécanique avec le cercle gradué, par mesurage d'angles du cercle gradué 14 mis en place sur le cercle 12, par rapport au système capteur 16, le mesurage d'angles s'effectue avec le laser gyroscopique 8 par rapport à un système de référence au repos absolu De ce fait, l'angle Y est établi par rapport à l'espace inertiel, pendant que le système capteur 16 du cercle gradué inférieur 12, 14 n'enregistre que l'angle de rotation a du moteur par rapport au bâti La différence des signaux PL et PT de mesurage des angles fournit de ce fait

l'angle de rotation initial recherché a du bâti 2.

( 6) a = ' a.

La figure 2 fournit une forme de réalisation du montage pour le traitement du signal au moyen d'un cycle de

temps commandé par ordinateur.

Le laser gyroscopique 8 délivre après mesurage d'un incrément d'angle A 4 L une impulsion PL et le système capteur 16 du cercle gradué 14 une impulsion PT lors du parcours d'une graduation du cercle gradué Les deux chaînes d'impulsions PL et PT sont additionnées dans les totalisateurs à retour à l'état initial Zr, 19 et ZTC 20 Un ordinateur 17 lit l'état des totalisateurs ZL, et ZTC avec une fréquence cyclique fixe et ramène les totalisateurs à zéro, ce qui est symbolisé dans la figure 2 par l'impulsion Prt qui alimente un relais commutateur 21 L'indice c, grossier, des deux totalisateurs 19, 20 et de leurs états de totalisation Z Lc et ZTC signifie que dans ceux-ci seules sont mises en mémoire les informations grossières concernant les angles ' et a Les informations fines (indice f, fin) sont livrées par les totalisateurs Z Lf 22 et Z Tf 23, qui additionnent les impulsions Pr d'une référence de temps 24 La lecture et le retour à l'état initial de leurs états de totalisation Z Lf et Z Tf sont commandés aussi bien par les impulsions PL et PT qu'alternativement également par l'impulsion Pc de l'ordinateur Les deux états de totalisation Z Lf et Z Tf vont respectivement dans une mémoire SL 25 et ST 26 pour l'enregistrement intermédiaire du dernier état de totalisation Z Lu et ZTI et de l'état actuel des totalisateurs Z, et ZT, L'impulsion de lecture Pc du calculateur 17, qui alimente également les relais de montage 21 a et 21 b' provoque la prise en charge de ces

informations dans l'ordinateur 17.

Le traitement des signaux pour un mesurage d'angles entre les instants tl et t 2 est explicité maintenant à l'aide de la figure 3 Ici, la moitié gauche du diagramme de temps figure le signal de mesurage pour le laser gyroscopique et la moitié droite celui du cercle gradué 4 avec le système capteur 10 Les deux sont identiques quant au principe et la discussion se limitera à la moitié gauche. Le diagramme supérieur montre le tracé de la vitesse de rotation d'entrée Y, mesurée par le laser gyroscopique, qui, en général, s'écarte de celle du moteur 8 et du cercle gradué 14 (vitesse de rotation &) Conformément à sa physique décrite plus haut, le laser délivre après trajet d'un incrément angulaire AML* (lequel * signifie que le

mesurage est entaché d'erreur) une impulsion respective PL.

La chaîne d'impulsions est, selon la figure 2, totalisée par le totalisateur ZLC Aux instants tlet t 2, l'ordinateur 17 effectue une lecture des signaux au moyen de l'impulsion Pc A l'instant t 2, à gauche dans l'exemple de la figure 3, le diagramme central représente l'état de totalisation z L, = 3 Le diagramme inférieursuivant montre l'état de totalisation Z Lf pour la lecture fine Comme l'ordinateur n'accède pas de manière synchrone aux impulsions PLI la lecture angulaire s'effectue à l'aide de l'état actuel et du dernier état de totalisation z (t 2) et ZLI (t 2) pour l'instant de lecture actuel t 2, ainsi qu'à l'aide de z L, (tl) et ZLI (tl) pour le dernier instant de lecture t 1 Comme l'état du totalisateur Z Lf 1/', pour déterminer ces nombres, doit, pour un incrément angulaire complet, être considéré comme une fraction d'un incrément angulaire M)L de l'état du totalisateur, c'est ce à quoi l'ordinateur

utilise les derniers états de totalisation ZL (t,2 >).

Les incréments angulaires du laser 8 et du cercle gradué 14 accumulés entre t, et t 2 et qui sont intégrés, au bout d'un espace de temps plus important, en un angle total sont donc: ZL.(t 2) Zl,_(t O)

( 7) AY 12 = ADL' ZLF +

l zt L(t 2) z I(ti) ZT.(t 2) Z Ta(tl) : ( 8) Aa 12 = AS Ir' Z Tc + zn(t 2) z T(t 0) En référence au dernier état de totalisation Zr, (t 2) pour déterminer ZL (t 2), il se produit, avec un mouvement de rotation non uniforme, une légère perte de précision de

la mesure, qui doit donc être appréciée.

Le système laser gyroscopique expérimental (EL Sy) décrit dans le document DLR-Nachrichten 61, Novembre 1990, pages 12 15 peut servir d'exemple: l'incrément angulaire AML s'élève ici à 1,13 " Pour un cercle gradué incrémentiellement, il faut compter avec un incrément angulaire type de AMT = 36 " par exemple La vitesse de rotation de base du laser et du cercle gradué s'élève à a = 60 /s Il en résulte donc une fréquence d'impulsions pour le laser et le cercle gradué de: ( 9) f L =&/Aq L = 191,2 k Hz

( 10) f T = &/A = 6 k Hz.

Une vibration du bâti avec une amplitude f = 0,1 et une fréquence f = 10 Hz est, en premier lieu, à corriger dans le mesurage de l'angle a par le codeur angulaire ( j È) L'erreur angulaire maximale eu égard à l'accélération de rotation & s'élève à 1 Av 2 ôa = à

4 2

c' est-à-dire avec lai = 1 i 1 = |f cos 2 nftl ^@TF 2 ( 2 n) 2 2 ( 11)lacl < 0,01, a 2 4 ce qui, dans la pratique est négligeable, en considérant notamment, que ces erreurs s'éliminent en moyenne lors

d'accélération de rotation périodiques.

La figure 4 donne une forme de réalisation simplifiée du montage 16 pour le traitement des signaux par cycle de temps commandé par codeur angulaire Ici, par différence, la lecture de l'état de la mémoire SL et du totalisateur ZL dans l'ordinateur 17 est commandée par les impulsions fournies par la lecture du cercle gradué 14 Ici, on fait l'économie de l'interpolation des incréments angulaires AIT, ce qui entraîne en contrepartie que, maintenant, pour un mouvement non homogène, la lecture et le traitement des signaux dépendent des fluctuations de la vitesse de rotation du bâti Cette forme de réalisation est avantageuse pour la graduation décrite ci-dessous des intervalles du cercle gradué Le traitement des signaux des mesurages d'angles demeure identiquement valable avec celui

décrit plus haut en référence aux figures 2 et 3, c'est-à-

dire dans l'égalité ( 7) En revanche, dans l'égalité ( 8),

les deux termes fractionnaires de droite disparaissent.

L'on est parti du fait que, dans les égalités ( 7) et

( 8), les mesurages sont entachés d'erreur.

En général, il faut, pour le laser, introduire un écart relatif du facteur d'échelle k L et une dérive D, de sorte que selon l'égalité ( 7), l'angle mesuré Si* diffère de l'angle vrai Ad dans le rapport suivant: t 2

( 12) Ay =y(l+ KL)Ay + f Ddt.

tl Il faut admettre ici, que la composante de la vitesse de la terre est compensée, comme cela est admis dans les

mesurages spatiaux d'angles.

S'agissant des mesurages dans un plan, elle est constante et peut être considérée comme apport à la dérive

du laser.

Pour un mesurage d'angles de grande précision, k L et D doivent être déterminés, ce qui, s'agissant de l'objet de il la présente invention, peut s'effectuer selon un procédé connu (Nesurages d'angles avec le laser gyroscopique GG 1342, DLR-Forschungsbericht 89-50, 1989), sans dépense supplémentaire en appareillage technique, dans un état géostationnaire par rapport au cercle total. Pour le mesurage par le cercle gradué selon l'égalité ( 8), l'on doit également introduire un écart relatif du facteur d'échelle k T (a) ( 13) Aa* = l 1 + KT()l Ac, k T(a) correspondant à l'erreur relative cumulée des

graduations.

Il peut aussi être déterminé par un étalonnage unique, par comparaison directe au moyen du laser étalonné à l'état stationnaire Pour mettre en mémoire k T (a) dans l'ordinateur, en vue d'une compensation dans la phase de

mesurage, la connaissance de l'angle absolu est admise.

Cela suppose que le cercle gradué 14 soit pourvu d'un

repère zéro.

Le mesurage d'angles n'est ainsi encore influencé dans le sens de l'erreur que par les instabilités de ces

paramètres.

Bien que la combinaison laser, cercle gradué, puisse dans le système représenté ici, être réalisée avec chaque type de laser, cet agencement offre d'autres avantages notables, spécialement pour le laser gyroscopique Grâce au mouvement de rotation continuel du laser et du cercle gradué nécessaire dans ce système de mesurage d'angles, l'on évite automatiquement la zone morte ("effet de blocage") typique pour le laser gyroscopique Grâce au mouvement de rotation continuel, disparaît aussi pour une grande part, le bruit du capteur, occasionné par le mouvement oscillatoire de rotation ('Dither') La définition d'angles, qui avec un laser gyroscopique usuel, s'élève à environ 2 ", peut en outre être très notablement améliorée grâce à ce concept; l'on peut atteindre, selon l'état présent de la technique, 0,01 " La fréquence maximale de lecture, que l'on peut atteindre et la largeur de la bande de fréquence du système de capteur est intéressante aussi pour des utilisations techniques de réglage Le système de mesurage par laser décrit offre également à cet effet de gros avantages, comme le montre

l'exemple ci-dessus.

Le système de mesurage présenté ici peut relativement facilement être élargi à un système de mesurage d'angles

dans l'espace.

Le mesurage spatial d'angles suppose l'emploi de trois gyroscopes, c'està-dire pour l'utilisation directe du concept décrit ci-dessus, de trois lasers, trois cercles gradués, trois jeux de bagues collectrices pour la transmission de l'énergie et des signaux et trois unités d'entraînement. Un agencement extraordinairement avantageux pour le mesurage spatial d'angles est représenté dans la figure 5, les lasers 30, 32, 34 sont montés sur les trois faces d'une

pyramide 31, dont la surface de base est triangulaire.

Cette unité de lasers est entraînée en rotation autour d'un

axe commun 36 par un moteur avec une vitesse de rotation a.

De la sorte, les trois lasers ont la même a Cet agencement est connu et particulièrement avantageux à utiliser pour les lasers gyroscopiques (US-A 40 17 187), puisque, avec la vitesse de rotation à, les trois lasers sont entraînés avec un décalage de vitesse et qu'aucun "effet de blocage" ne survient Un seul cercle gradué 38 est nécessaire en supplément, monté ici centré sur l'axe de la pyramide Le type de lecture et de dépouillement des signaux s'effectue, comme cela est décrit ci-dessus, en utilisant un laser, en liaison avec le signal de mesurage du cercle gradué Ici, dans ce cas, les signaux de mesurage des trois lasers, c'est-à-dire leurs trois séries d'impulsions PL pour les incréments angulaires sont rapportés à l'une des séries d'impulsions PT d'incréments angulaires du système de lecture du cercle gradué 40 Les séries d'impulsions résultantes sont aussi bien un mesurage pour les vitesses de rotation y k des trois lasers (index k) par rapport à l'espace inertiel, qu'également après totalisation des impulsions un mesurage pour le mouvement spatial de rotation accompli par le système La position angulaire a de l'unité de lasers (IMU, index g) mesurée par le cercle gradué 38 par rapport au système fixe de coordonnées (index p) sert à calculer la vitesse de rotation û>p de l'unité de mesure par rapport à l'espace inertiel ( 14) ì = C=E(a) U. Le capteur pour l'angle spatial possède les mêmes propriétés avantageuses que l'agencement pour angles plans décrit ci-dessus Celles- ci concernent en premier lieu le faible bruit, lorsque des lasers annulaires sont utilisés comme capteurs en rotation, la haute définition angulaire

et la largeur de bande importante de la mesure.

Des erreurs de facteur d'échelle et des dérives,avec le mouvement continuel prévu ici, indiquent un accroissement dans le temps de l'erreur angulaire à la base duquel l'on trouve aussi bien le laser gyroscopique que d'autres capteurs en rotation, le laser gyroscopique pour la part la plus faible cependant En utilisant l'agencement présenté dans la figure 5, l'on peut de la même manière que dans le système de lasers décrit ci-dessus pour des mesurages d'angles plans, étalonner des éléments déterminés

d'erreur.

S'agissant de mesurages d'angles sur infrastructure mobile, ou s'agissant de navigation sur des intervalles de temps assez longs, des écarts de facteur d'échelle et de la dérive conduisent des valeurs étalonnées à des écarts de mesure La figure 6 présente un agencement, qui, d'une manière connue (US-A 40 17 187) ramène ces écarts à un minimum A cet effet, le bloc capteur 29, que montre la figure 5, est logé, capable de tourner autour d'un deuxième axe 50, placé perpendiculairement à l'axe 36 et il peut être entraîné par un moteur, qui n'est pas représenté Sur cet axe 50 est également placé un disque 52 comportant un cercle gradué 53, qui coopère avec un système de lecture 54 L'angle À, fourni par le cercle gradué 53, entre le bâti 56 (index p) et la base 58 (index b) sert au calcul de la vitesse de rotation de cette unité de mesure dans le système de coordonnées fixes par rapport à la base: ( 15) 52 b = úbp( 0) )p -bp(C) -,g(a) D- g La vitesse de rotation a autour du premier axe 36 est, dans un système comportant des lasers gyroscopiques circulaires, à mettre suffisamment élevée pour placer les trois lasers en dehors de la zone morte (zone de blocage); la vitesse de rotation b autour du deuxième axe 50, qui sert à établir l'erreur angulaire dûe à l'erreur de facteur d'échelle et aux dérives des trois lasers (carouseling), peut être ajustée beaucoup moins rapide L'analyse montre que les erreurs quasi constantes des capteurs, c'est-à-dire telles qu'elles se modifient, beaucoup plus lentement, par rapport à la période de rotation autour du deuxième axe, s'établissent, à l'exception d'une faible part restante, proportionnellement à la somme provenant du produit respectif de l'erreur de facteur d'échelle des trois lasers

par la vitesse de rotation a autour de ce deuxième axe 50.

Cette part peut aussi être éliminée, si, après une ou deux

périodes, l'on change le signe de e.

En bref, les avantages essentiels du nouveau système de laser décrit pour le mesurage de précision des angles sont résumés comme suit: autoétalonnage sur une rotation de 3600; haute précision d'étalonnage par établissement d'une moyenne sur un grand nombre de données de mesure; largeur de la bande élevée; accroissement de la définition angulaire par les systèmes de lasers gyroscopiques ( 0,01 "); possibilités d'extension à un système de mesurage spatial angulaire comportant une compensation continue des

erreurs dûes au facteur d'échelle et aux dérives.

Claims (8)

REVENDICATIONS

1 Système gyroscopique pour le mesurage d'angles et/ou la navigation comportant un gyroscope ( 8) logé dans un bâti ( 2) à rotation autour d'un axe fixe par rapport à ce bâti et entraîné à une vitesse de rotation constante, caractérisé en ce que, sur l'axe de rotation ( 6) du gyroscope ( 8) est placé en complément, servant à mesurer la rotation (a) par rapport au bâti ( 2), un cercle gradué ( 14), qui coopère avec un élément de lecture ( 16) relié rigidement au bâti, en ce que la lecture du gyroscope s'effectue sous forme d'une première chaîne d'impulsions (PL) et celle du cercle gradué ( 14) sous forme d'une deuxième chaîne d'impulsions (PT), en ce qu'on prévoit une base de temps à haute fréquence ( 24) et des moyens ( 19, 22) de comptage pour les impulsions de la première chaîne d'impulsions et celles (P,) de la base de temps, en ce qu'on prévoit un ordinateur ( 17) et un moyen ( 21) pour mémoriser le contenu de comptage dans l'ordinateur avec un train de mémorisation égal ou supérieur au train d'impulsions (PT) de la seconde chaîne d'impulsions, cependant que l'ordinateur est programmé pour l'interpolation du décalage d'impulsion entre les impulsions (PLI PT) des deux chaînes d'impulsions par

utilisation de l'impulsion (Pr) de la base de temps.

2 Système gyroscopique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on introduit dans l'ordinateur ( 17), simultanément avec l'introduction du contenu actuel de

comptage, les contenus de comptage précédents.

3 Système gyroscopique selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour les impulsions (PL) de la première chaîne d'impulsions et pour les impulsions (Pr) de la base de temps ( 24), il est prévu un compteur totalisateur ( 19, 22) à retour à l'état initial, en ce qu'au totalisateur ( 22) est associée une mémoire ( 25) pour les impulsions de la base de temps, en ce que la mémorisation du contenu de comptage du totalisateur des impulsions de la base de temps est commandée par les

impulsions (PL) de la première chaîne d'impulsions.

4 Système gyroscopique selon la revendication 3, caractérisé en ce que le chargement du contenu de la mémoire ( 25) et du totalisateur ( 19) des impulsions (PL) de la première chaîne d'impulsions dans l'ordinateur ( 17) est commandée par les impulsions de la deuxième chaîne

d'impulsions (PT)-

Système gyroscopique selon la revendication 3, caractérisé en ce que parallèlement aux totalisateurs ( 19, 22), il est prévu une mémoire pour chaque contenu de

comptage précédant un chargement dans l'ordinateur.

6 système gyroscopique selon la revendication 3, caractérisé en ce que pour les impulsions (PT) de la deuxième chaîne d'impulsions, il est prévu un compteur totalisateur ( 20) à retour à l'état initial et pour les impulsions (Pr) de la base de temps, un autre compteur totalisateur semblable ( 23), en ce que cet autre totalisateur ( 23) pour les impulsions de la base de temps ( 24) est suivi d'une mémoire ( 26), en ce que le chargement dans cette mémoire du contenu de comptage du deuxième totalisateur ( 23) est commandée par les impulsions de la deuxième chaîne d'impulsions pour les impulsions de la base de temps, et en ce que le chargement du contenu des deux mémoires s'effectue simultanément pour les impulsions de la base de temps, ainsi que pour les contenus des deux totalisateurs pour les impulsions de la première et de la

deuxième chaîne d'impulsions.

7 Système gyroscopique selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'introduction dans l'ordinateur des contenus des mémoires ( 25, 26) pour les impulsions de la base de temps ( 24) et des contenus des totalisateurs ( 19, ) de la première et de la deuxième chaîne d'impulsions

s'effectue à des instants arbitraires par l'ordinateur.

8 Système gyroscopique selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour la mesure d'angles dans l'espace, il est prévu trois gyroscopes ( 30, 32, 34) disposés symétriquement sur des axes de rotation ( 36), avec

des axes de mesure orientés dans l'espace.

9 Système gyroscopique selon la revendication 8, caractérisé en ce que pour la détermination des erreurs gyroscopiques, le système gyroscopique avec les trois gyroscopes et le cercle gradué sont disposés sur une plate-forme ( 56), qui est montée dans le bâti ( 58) à rotation sur un deuxième axe de rotation ( 50), qui est disposé perpendiculairement à l'axe de rotation ( 36) du système gyroscopique et se trouve entraîné à une vitesse de rotation constante par rapport au bâti, et en ce que sur le deuxième axe de rotation, un deuxième cercle gradué ( 52)

coopère avec un élément de lecture ( 54) fixe sur le bâti.

Système gyroscopique selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'en vue d'une détermination complète des variations de facteur d'échelle du gyroscope, le sens de rotation autour du deuxième axe de rotation ( 50) est réversible après une ou plusieurs périodes de rotation complète.