FR2701315A1 - Gyromètre à fibre optique à domaine de mesure étendu et procédé s'y rapportant. - Google Patents

Abstract

Le gyromètre comporte: une bobine de fibre optique (10); une source électromagnétique (12) munie d'un séparateur pour envoyer dans la bobine deux ondes contrarotatives; un détecteur d'interférence (22) recevant les ondes; des moyens électro-optiques de déphasage (31) placés en amont de la bobine pour une onde et en aval pour l'autre; et des moyens électroniques de réglage et de mesure recevant le signal de sortie du détecteur d'interférence et adressant aux moyens électro-optiques d'une part une rampe de déphasage apte à compenser le déphasage de Sagnac des ondes, et d'autre part un signal périodique de modulation apte à créer entre les ondes un déphasage alternatif de +-pi/2. Les moyens de réglage et de mesure produisent une estimation numérique sur n bits (Fi ) liée au déphasage de Sagnac, dont sont dérivées une valeur numérique (Ri ) de la rampe codée sur m bits (m <= n - 1) et une valeur codée sur p bits (n - m <= p <= n) utilisée pour produire des signaux de mesure (P, M). Le choix des nombres n, m et p permet d'adapter le domaine de mesure et/ou la résolution angulaire du gyromètre.

Description

GYROMETRE A FIBRE OPTIQUE A DOMAINE DE MESURE ETENDU
ET PROCEDE S'Y RAPPORTANT
L'invention concerne les gyromètres dits à fibre optique, du type comportant : un guide diélectrique d'ondes en bobine ; une source électromagnétique munie d'un séparateur pour envoyer dans la bobine deux ondes contrarotatives provenant de la source ; un détecteur d'interférence recevant les ondes contrarotatives ; des moyens électrooptiques de déphasage placés en amont de la bobine pour une onde et en aval pour l'autre ; et des moyens électroniques de réglage et de mesure recevant le signal de sortie du détecteur d'interférence et adressant aux moyens électrooptiques de déphasage d'une part une rampe de déphasage apte à compenser le déphasage relatif des ondes résultant de leur propagation dans la bobine, et d'autre par un signal périodique de modulation apte à créer entre les ondes un déphasage alternatif sensiblement égal à + in/2, les moyens électroniques de réglage et de mesure comportant un démodulateur recevant un signal de référence de même période que le signal de modulation, un intégrateur fournissant à chaque cycle de mesure une estimation numérique liée au déphasage relatif des ondes résultant de leur propagation dans la bobine, et des moyens de traitement de l'estimation pour déterminer à chaque cycle de mesure une valeur numérique de la rampe de déphasage.

L'invention concerne également un procédé pour adapter le domaine de mesure, et/ou la résolution angulaire d'un tel gyromètre.

Les moyens électro-optiques peuvent comporter deux déphaseurs distincts, recevant l'un un signal de modulation, l'autre la rampe de déphasage. I1 peuvent également comporter un seul déphaseur, recevant un signal combiné.

Il existe des documents décrivant des gyromètres du type ci-dessus défini, dont le guide diélectrique est généralement une fibre optique constituant une bobine de quelques centaines de spires. Ces gyromètres sont basés sur l'effet Sagnac : lorsque deux ondes provenant de la même source sont injectées dans une bobine de fibre et contrarotatives, puis sont combinées au niveau d'un détecteur, les chemins optiques sont égaux lorsque le gyromètre est fixe.

La puissance reçue par le détecteur est alors maximum. Si en revanche la bobine tourne à vitesse n autour de son axe, les ondes parcourent deux chemins optiques différents, ce qui se traduit par un déphasage #s 4 > s = (4w LR) # / #o c0 où L est la longueur totale de la fibre, R le rayon de la bobine, #o la longueur d'onde dans le vide et c0 la vitesse de la lumière dans le vide.

La puissance instantanée P reçue par le détecteur est alors P = Po/2 (1 + cos #s), où PO est la puissance reçue en l'absence de rotation.

Un gyromètre réalisé de façon à fournir n par simple mesure de P/Po serait dans la pratique inutilisable. Les gyromètres du type ci-dessus défini permettent d'écarter deux défauts importants du montage de principe.

Un premier défaut est dû à ce que P/Po varie de façon faible et non linéaire, puisque cos 4 > s varie peu, lorsque #s est proche de zéro. Les moyens électro-optiques du gyromètre mentionné ci-dessus amènent le point de mesure dans une zone où le facteur d'échelle est élevé et la variation de signal en fonction de la vitesse sensiblement linéaire.Ces moyens modulateurs reçoivent un signal, souvent qualifié de "dither", ayant une demi-période t n sensiblement égale au temps de parcours de la bobine (c'est-à-dire au temps tf de propagation dans la fibre optique) et une amplitude correspondant à une variation de phase #m non réciproque approximativement de #/2. Ce décalage de phase est appliqué en premier à une des ondes, en second à l'autre du fait de la propagation dans la fibre, puisque les moyens modulateurs électro-optiques sont placés en amont de la fibre pour une onde et en aval pour l'autre. Le gyromètre est ainsi polarisé alternativement à peu près au point de demiintensité de chaque côté du maximum de la frange d'interférence.En d'autres termes, le point de fonctionnement oscille sur la caractéristique P(+), entre deux points sensiblement symétriques, à mi-hauteur d'une cosinusoïde.

Un second défaut est que, dans sa constitution de base, le gyromètre n'est pas un appareil de zéro. Dans les gyromètres du type ci-dessus défini, ce défaut est écarté en introduisant un déphasage 4 > r non réciproque, c'est-à-dire ayant pas le même effet sur les deux ondes contrarotatives, de façon à ramener 4 > s + #r à 0. Le déphasage #r, également appelé "phase réglante", est généré à l'aide d'une rampe de tension appliquée au modulateur électro-optique en amont de la bobine pour une onde et en aval pour l'autre.La rampe est réglable pour annuler 4 > s + fr. La phase d'une onde est ainsi décalée avant qu'elle ne parcoure la bobine tandis que l'autre est décalée après qu'elle a parcouru la bobine, ce qui se traduit par un décalage de phase entre les ondes égal à la différence entre deux rampes identiques décalées temporellement de la durée de parcours de la bobine. Le déphasage 4 > r est constant dans le temps pour une pente donnée et proportionnel à la pente de la rampe, à laquelle on donne un sens qui dépend du signe de la vitesse d'entrée fl.

Dans les gyromètres du type ci-dessus défini, des circuits numériques sont utilisés dans les moyens de réglage et de mesure, notamment pour estimer la phase réglante r et traiter cette estimation afin de générer la rampe de déphasage et de produire des signaux de mesure. Habituellement, la rampe de déphasage est codée numériquement sur un nombre de bits correspondant à un déphasage égal à +2w et des impulsions constituant un signal de sortie du gyromètre sont émises à chaque débordement (inférieur ou supérieur) du registre contenant la valeur numérique de la rampe de déphasage.A chaque cycle de mesure, la valeur numérique de la rampe est déterminée, modulo 2w, en ajoutant à la valeur précédente l'estimation de fur. Ainsi, chaque impulsion positive ou négative représente un incrément de rotation du gyromètre égal à kn/D où kn désigne la longueur d'onde dans la fibre optique et D désigne le diamètre de la bobine.

L'estimation de fr doit rester comprise entre -2n et +2#, pour que les impulsions de mesure traduisent effectivement la rotation réelle du gyromètre. En d'autres termes, ces gyromètres ne fonctionnent que pour une gamme restreinte de vitesses n.

La présente invention vise principalement à élargir le domaine de mesure d'un gyromètre à fibre optique. Elle vise également à proposer une configuration du gyromètre lui permettant d'avoir éventuellement une résolution angulaire plus fine que h,/D.

L'invention propose ainsi un gyromètre du type cidessus défini, dans lequel l'estimation numérique liée au déphasage relatif des ondes résultant de leur propagation dans la bobine et la valeur numérique de la rampe sont respectivement codées sur n et m bits, n et m étant deux nombres entiers tels que m ' n-1. Les moyens de traitement de l'estimation comprennent des moyens sommateurs additionnant, à chaque cycle de mesure, la valeur numérique de la rampe déterminée au cycle de mesure précédent, et les m bits de poids faible de ladite estimation, le résultat sur m bits de cette addition constituant la valeur numérique de la rampe déterminée audit cycle de mesure. Les moyens de traitement de l'estimation comprennent en outre un registre de comptage à p bits, p étant un nombre entier tel que n - m < p < n, ce registre recevant, à chaque cycle de mesure, une valeur égale au nombre représenté par les p bits de poids fort de ladite estimation auquel est ajouté, lorsque p n'est pas égal à n, le bit de retenue d'ordre n - p issu des moyens sommateurs, un ou plusieurs signaux de mesure étant produits à chaque cycle de mesure en fonction du contenu du registre de comptage.

Les signaux de mesure rendent alors compte de la rotation du gyromètre pour les vitesses n, en radians par seconde, comprises entre -(2n-m-1-1/2m-n+p) x et 2n-m-1 x kn/DIf, 2m étant la représentation numérique de 2w, et tf représentant le temps de propagation des ondes dans la bobine. On peut donc élargir le domaine de mesure du gyromètre à résolution donnée en augmentant le nombre n de bits sur lequel est codée l'estimation de la phase réglante #r, et en adaptant les circuits numériques s'y rapportant.

Lorsque p = n - m, la résolution angulaire en radians du gyromètre (par exemple le poids angulaire des impulsions de sortie individuelles) reste égale à h,/D.

Cette résolution est affinée d'un facteur 2P-n+m lorsqu'on choisit p > n - m.

Dans son second aspect, l'invention propose un procédé pour adapter le domaine de mesure et/ou la résolution angulaire d'un gyromètre conforme à l'invention, tel qu'il vient d'être défini. Selon ce procédé, on choisit la valeur de n pour que le gyromètre ait un domaine de mesure allant jusqu'aux vitesses angulaires comprises entre -(2n-m-1-1/2m-n+p) x Xfl/Dtf et 2n-m-1 x kn/DTf en radian par seconde, et on choisit la valeur de p pour que le gyromètre ait une résolution angulaire de l'ordre de (#n/D)/2p-n+m radian.

D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront dans la description ci-après d'exemples de réalisation préférés et non limitatifs. Aux dessins annexés
- la figure 1 est un schéma d'ensemble d'un gyromètre selon l'invention
- la figure 2 est un schéma illustrant une constitution possible du démodulateur 26 du gyromètre de la figure 1 ;
- les figures 3 et 4 sont des schémas illustrant deux modes de réalisation des moyens de traitement 30 du gyromètre de la figure 1 ; et
- la figure 5 est un chronogramme illustrant la génération de la rampe de déphasage en sortie des moyens de traitement 30 de la figure 3 ou 4.

Le gyromètre montré en figure 1 a une constitution générale optique qui est connue et en conséquence ne sera que sommairement décrite. Il comprend un guide diélectrique en bobine 10, constitué généralement par une bobine de fibre optique, pouvant avoir de 50 à 1 000 mètres de longueur avec un rayon de l'ordre de quelques centimètres. Une source 12 de lumière, telle qu'une diode laser ou une diode superluminescente, alimente les deux extrémités de la fibre par l'intermédiaire d'un ensemble optique 16. Un dérivateur 14 placé entre la source 12 et l'ensemble optique permet de récupérer la puissance fournie par des ondes qui ont parcouru en sens inverses la bobine 10.

L'ensemble optique 16 comprend un séparateur envoyant une puissance vers les deux extrémités de la fibre.

Il comporte également des moyens modulateurs de phase, électro-optiques ou autres, 31.

Dans le cas illustré sur la figure 1, ces moyens comportent un déphaseur unique destiné à recevoir, en provenance de moyens électroniques de réglage et de mesure, la somme de deux signaux
- un signal électrique périodique alternatif, à demi-période t, sensiblement égale au temps tf du parcours de la bobine (temps dont les variations avec la vitesse de rotation Q sont négligeables), dont l'amplitude est telle qu'elle crée entre les deux ondes un déphasage optique alternatif de +E/2 ; ce signal amène les points de mesure dans des zones où la sensibilité et la linéarité sont maximales ; ce signal périodique de modulation peut notamment être carré et être synchronisé par un signal MOD provenant d'une base de temps 18 qui reçoit un signal à fréquence fixe d'une horloge 20
- une rampe de pente variable élaborée par les moyens électroniques de réglage et de mesure.

Les moyens électroniques de réglage et de mesure comprennent, dans le mode de réalisation illustré sur la figure 1, un module 22 de détection, de filtrage et de préamplification, pouvant être constitué par un capteur et un pré-amplificateur muni d'une entrée 23 de mise à zéro. La tension VD de sortie du module détecteur 22, représentative de la puissance optique reçue est appliquée à un convertisseur analogique-numérique 27 fournissant sur sa sortie des échantillons successifs Ei (un par cycle de mesure correspondant à une demi-période In), numérisés sous forme de mots de k bits (par exemple 6 ou 8 bits). Chaque signal Ei d'ordre i est appliqué à un démodulateur numérique 26 qui reçoit un signal de référence A de la base de temps 18.Le signal démodulé Di, sortant du démodulateur 26 constitue un signal d'écart. I1 est appliqué à un intégrateur numérique 28 dont le signal de sortie constitue, à chaque cycle de mesure, une estimation numérique Fi de la phase réglante 4 > r liée au déphasage de Sagnac 6 (résultant de la propagation des ondes dans la bobine) par la relation fr + fS = O.Ce signal de sortie, qui est également proportionnel à la vitesse de rotation Q du gyromètre, est adressé à des moyens 30 de traitement de l'estimation qui, à chaque cycle de mesure, fournissent deux types de signaux
- une valeur numérique Ri de la rampe de déphasage à appliquer aux moyens électro-optiques de déphasage 30 cette valeur Ri est codée sur m bits et correspond à un déphasage optique compris entre 0 et 2w
- des signaux impulsionnels de mesure P, M, chaque impulsion du signal P ou M représentant un incrément de rotation donné du gyromètre dans le sens positif ou négatif, respectivement.

Comme on l'a indiqué plus haut, les moyens électrooptiques 31 sont constitués par un déphaseur unique qui doit donc recevoir la somme de la rampe de déphasage et du signal de modulation. Pour cela, la sortie R1 des moyens de traitement 30 est adressée à un sommateur numérique 32 qui reçoit également le signal de modulation MOD fourni sous forme numérique par la base de temps 18. La sortie du sommateur 32 est codée sur m + 1 bits pour la prise en compte du signal de modulation MOD en superposition à la rampe. Dans l'exemple illustré à la figure 1, la sortie du sommateur 32 est reliée au convertisseur 34 par l'intermédiaire d'un multiplieur numérique 60 dont le rôle sera expliqué plus loin.Ainsi, il suffit d'un seul convertisseur numériqueanalogique 34 pour attaquer les moyens électro-optiques. I1 est également possible de découper simplement les électrodes du déphaseur électro-optique 31 en m + 1 éléments, les électrodes successives, attaquées chacune par un bit de sortie du multiplieur 60, ayant des longueurs en progression géométrique de raison 2. Cette disposition, qui permet de se dispenser du convertisseur 34, ne pose pas de problème en optique intégrée.

Lorsque la phase réglante 4 > r introduite par la rampe de déphasage compense exactement la phase due à l'effet
Sagnac fs, la tension de sortie VD du module détecteur 22 est stable à une valeur correspondant à une puissance moyenne de
Po/2. Dans le cas contraire, la tension VD oscille entre deux valeurs V1 et V2 et la valeur moyenne de WA est représentative de 4 > r + , A étant une variable binaire prenant alternativement les valeurs -1 et +1 suivant le signe du déphasage induit par le signal de modulation.

En fait, le détecteur d'interférence peut être soumis à des pointes de puissance dues au fait que tn n'est pas exactement égal à tf. La largeur de ces pointes est égale à i tf - tj , qui est toujours faible comparé à Tf. Le convertisseur analogique-numérique 27 est commandé par la base de temps 18 de façon à échantillonner et numériser le signal détecté à des instants successifs, espacés de tnt et précédant les pointes de puissance.

Les instants successifs de numérisation sont choisis à la fin de chaque cycle de mesure constitué par une demipériode de modulation, afin de minimiser l'effet des transitoires de l'amplificateur du module de détection. Ei désignant la valeur numérique de sortie au cycle de mesure i, le démodulateur synchrone 26 fournit, sur sa sortie, des valeurs
Di = Ei pour A = +1 (Ao = 0)
Di = -Ei pour A = -1 (Ao = 1)
Ao peut par exemple prendre les valeurs 1 et 0 lorsque le déphasage relatif des ondes provoqué par le signal de modulation MOD est respectivement +W/2 ou -#/2. Le démodulateur 26 peut alors être réalisé de façon extrêmement simple par des portes OU exclusif et des sommateurs, comme indiqué sur la figure 2.

L'intégrateur numérique 28 effectue alors, à l'issue de chaque demi-période de modulation, l'opération
Fi = Fi-1 + Di et stocke l'estimation obtenue Fi dans un registre tampon, à chaque cycle de mesure.

Il est nécessaire d'éviter un débordement dans le registre tampon de l'intégrateur 28. Pour cela, on peut par exemple imposer la contrainte que le transfert dans le registre soit effectué à condition que la somme de deux nombres de même signe (Fi1 et Di) donne un résultat de signe identique.

L'estimation Fi proportionnelle à la vitesse de rotation n peut en outre être adressée à un intégrateur 29 dont la sortie représente l'angle e correspondant à la position du gyromètre.

Le générateur de rampe 30 doit fournir, à l'issue de chaque cycle de mesure, une valeur Ri+1 définie par
Ri+1 = (Ri + Fi) (modulo 2m)
Ainsi, le déphasage relatif appliqué aux ondes par la rampe correspond, modulo 2w, à la phase réglante estimée.

Suivant l'invention, le nombre de bits n de l'estimation Fi est supérieur à celui m de la valeur numérique Ri de la rampe de déphasage. Ceci permet d'élargir la réponse dynamique du gyromètre (déterminée par le nombre n) sans avoir à augmenter les tensions maximales à appliquer aux électrodes du déphaseur 31.

Des moyens de traitement 30 utilisables à cette fin sont illustrés à la figure 3. A chaque cycle de mesure, la valeur Ri+1 est stockée dans un registre tampon 42 qui la présente sur sa sortie au cycle suivant. La valeur Ri+1 est obtenue en additionnant la valeur Ri déterminée au cycle précédent et les m bits de poids faible de l'estimation Fi au moyen de deux sommateurs 44, 45 dont l'agencement sera explicité plus loin.

Les moyens de traitement 30 sont en outre prévus pour émettre les impulsions des signaux de mesure P et M en réponse à un nombre Dr de p bits écrit à chaque cycle de mesure dans un registre de comptage 48. Le nombre p est choisi entre n - m et n en fonction de la dynamique et de la résolution désirées du gyromètre, une impulsion P ou M étant émise pour chaque diminution ou augmentation de 2a/2P-n+m de la rampe de la phase. Bien entendu, le signal de sortie du gyromètre obtenu à partir du nombre dur pourrait être produit sous une forme autre qu'impulsionnelle.

Le nombre Dr est obtenu en sortie d'un sommateur 47 dont une entrée sur p bits reçoit le nombre DF représenté par les p bits de poids fort de l'estimation Fi, et une autre entrée sur 1 bit reçoit le bit Cnp de retenue d'ordre n-p résultant de l'addition de Fi et Ri par les sommateurs 44, 45. Par bit de retenue d'ordre n - p, on entend le bit de retenue obtenu après addition des n - p bits de poids faible de Fi et Ri. C'est pourquoi on a dédoublé les sommateurs 44, 45. Le sommateur 44 ajoute les n - p bits de poids faible de Fi aux n - p bits de poids faible de Ri. Sa retenue sortante Cnp est adressée à l'entrée sur 1 bit du sommateur 47.Le sommateur 45 ajoute les m - n + p bits de poids fort de Ri, les m - n + p bits correspondants de Fi, et la retenue sortante Cnp du sommateur 44. Les sorties des sommateurs 44, 45 sont ensuite combinées pour former la valeur sur m bits Ri+1 de la rampe de déphasage au cycle suivant.

Lorsque p = n (résolution maximale correspondant au bit de poids faible de Fi), il n'y a pas lieu d'ajouter une retenue pour obtenir Dr, et les sommateurs 44, 45 peuvent être fusionnés en un seul sommateur travaillant sur m bits.

La représentation binaire des nombres Fi, DF et Dr est en complément à 2, ce qui signifie que leur bit de poids fort est un bit de signe. Un nombre de k bits bk-1bk-2...bo en complément à 2 vaut bk22k-2+...+ bo20 lorsque bk.1= 0 et vaut bk-22k-2+...+ bo2 - 2 lorsque bk1= 1.

Les impulsions M et P sont produites respectivement en sortie de portes ET 50 et 51. La porte 51 a une entrée recevant le bit de signe sgn (poids fort) de la valeur Dr du registre 48 et une entrée reliée à la sortie d'une porte ET 52. La porte ET 52 reçoit d'une part un signal de cadencement Hp issu de la base de temps 18, ayant une fréquence au moins égale à 2P-1 fois la fréquence 1/tn des cycles de mesure, et d'autre par un bit d'état Z du registre 48 indiquant si celui-ci contient la valeur 00...0 (Z = O) ou non (Z = 1). La porte ET 50 a une entrée recevant l'inverse du bit de signe sgn obtenu en sortie d'un inverseur 53, et une entrée reliée à la sortie de la porte ET 52.La sortie de la porte 50 est en outre reliée à une entrée de décrémentation d du registre 48 de sorte que la valeur Dr est diminuée d'une unité à chaque émission d'une impulsion négative M. La sortie de la porte 51 est en outre reliée à une entrée d'incrémentation u du registre 48, de sorte que la valeur Dr est augmentée d'une unité à chaque émission d'une impulsion positive P.

Ce circuit associé au registre de comptage 48 permet, à chaque cycle de mesure, d'émettre un nombre d'impulsions de mesure correspondant au nombre Dr reçu par le registre 48 à l'issue du cycle précédent. Les impulsions sont émises sur la sortie P ou M suivant le signe de Dr
A titre d'illustration, on considère ci-après le cas où n = 6, m = 3, p = 5. (Dans la pratique, les nombres n et m seront le plus souvent supérieurs à ces valeurs (par exemple m = 12), celles-ci étant choisies ici pour la clarté de l'exposé). La rampe codée sur m = 3 bits entre 0 et 2w prend alors les valeurs
111
110
101
100
011
010
001
0 0 0, le bit de poids faible représentant une phase de #/4.

ler exemple
Vitesse n négative telle que 4 > r = 3# + /4.

Alors, Fi = 001101 et DF = 00110.

Partant d'une valeur de rampe Ri = 000, on aura, aux cycles suivants
Ri+1=101 Cnp=O Dr=00110 = +6 --- > 6 impulsions M émises R1+2=010 Cn-p=1 Dr=00111 = +7 --- > 7 impulsions M émises R1+3=111 Cn-p=0 Dr=00110 = +6 --- > 6 impulsions M émises
Ri+4=100 $Cn-p=1 Dr=00111 = +7 --- > 7 impulsions M émises R1+5=001 Cn-p=0 Dr=00110 = +6 --- > 6 impulsions M émises R1+6=110 Cnp=l Dr=00111 = +7 --- > 7 impulsions M émises R1+7=011 Cn-p=0 Dr=00110 = +6 --- > 6 impulsions M émises R1+8=000 Cn-p=1 Dr=00111 = +7 --- > 7 impulsions M émises
2ème exemple
2ème exemple
Vitesse # positive telle que #r = -3# - #/4.

Alors, Fi = 110011 et DF = 11001.

Partant d'une valeur de rampe Ri = 000, on aura, aux cycles suivants R1+1=011 Cn-p=0 Dr=11001 = -7 --- > 7 impulsions P émises Ri+2=l10 Cnp=l Dr=11010 = -6 --- > 6 impulsions P émises
Ri+3=001 Cn-p=0 Dr=11001 = -7 --- > 7 impulsions P émises
Ri+4=100 Cn-p-1 Dr=11010 = -6 --- > 6 impulsions P émises
Ri+5=111 Cn-p=0 Dr=11001 = -7 --- > 7 impulsions P émises
Ri+6=010 Cn-p=1 Dr=11010 = -6 --- > 6 impulsions P émises
Ri+7=101 Cnp=0 Dr=11001 = -7 --- > 7 impulsions P émises
Ri+8=000 Cn-p=1 Dr=11010 = -6 --- > 6 impulsions P émises
3ème exemple
Vitesse n négative telle que #r = 7w + #/2.

Alors, Fi = 011110 et DF = 01111.

Partant d'une valeur de rampe Ri = 000, on aura, aux cycles suivants
Ri+1=110 Cn-p=0 Dr=011l1 = +15--- > 15 impulsions M émises R1+2=100 Cn-p=0 Dr=01111 = +15--- > 15 impulsions M émises R1+3=010 Cn-p=0 Dr=01111 = +15--- > 15 impulsions M émises R1+4=000 Cnp=O Dr=01111 = +15--- > 15 impulsions M émises
4ème exemple
Vitesse # positive telle que #r = -7# - 3#/4.

Alors, Fi = 100001 et Dr = 10000.

Partant d'une valeur de rampe Ri = 000, on aura, aux cycles suivants R1+1=001 Cn-p=0 Dr=10000 = -16--- > 16 impulsions P émises R1+2=010 Cn-p=1 Dr=10001 = -15--- > 15 impulsions P émises
Ri+3=011 Cn-p=0 Dr=10000 = -16--- > 16 impulsions P émises
Ri+4=100 Cnp=l Dr=10001 = -15--- > 15 impulsions P émises Ri+5=101 Cn-p=0 Dr=10000 = -16--- > 16 impulsions P émises R1+6=110 Cnp=l Dr=10001 = -15--- > 15 impulsions P émises R1+7=111 Cn-p=0 Dr=10000 = -16--- > 16 impulsions P émises R1+8=000 Cnp=l Dr=10001 = -15--- > 15 impulsions P émises
Dans les quatre exemples ci-dessus, on peut vérifier que la cadence moyenne des impulsions correspond bien à la vitesse angulaire indiquée, chaque impulsion représentant (#n/D)/2p-n+m radian de rotation du gyromètre (lorsque la condition tn = Tf est remplie).

Cette résolution est obtenue sur une gamme de vitesses angulaires correspondant aux phases réglantes #r comprises entre -8w = -2#(2n-m-1) et +7n + #/2 = 2#(2n-m-1-1/2m-m+p), c'est-à-dire pour les vitesses # comprises entre -(2n-m-1-1/2m-n+p) x #n/Dtf et 2n-m-1x #n/Dtf radian par seconde.

La figure 4 représente une variante de constitution des moyens de traitement 30 utilisable lorsqu'on choisit p = n - m. Dans cette variante, il n'y a qu'un sommateur 46 à n bits dont une entrée à n bits reçoit l'estimation Fi, et une entrée à m bits reçoit la valeur Ri de la rampe de déphasage déterminée au cycle précédent. Parmi les n bits de sortie de ce sommateur 46, les m bits de poids faible constituent la nouvelle valeur R+1 de la rampe, et les p = n - m bits de poids fort constituent le nombre Dr adressé au registre de comptage 48. L'addition de la retenue d'ordre n - p = m au nombre DF constitué par les p bits de poids fort de Fi est réalisée automatiquement par le sommateur à n bits 46.

Le choix du circuit de la figure 4 (p = n - m) convient lorsqu'on désire étendre le domaine de mesure des gyromètres antérieurement connus sans rechercher nécessairement une augmentation de la résolution des signaux de sortie
P, M.

La figure 5 illustre à titre d'exemple l'évolution de la valeur numérique de la rampe de déphasage produite par le circuit de la figure 4 lorsque la vitesse n varie autour d'une valeur correspondant à une phase de Sagnac de -2W.

Jusqu'à l'instant tl, la phase réglante 4 > r estimée vaut 2 - E. A chaque cycle de mesure, Ri est diminuée de la valeur numérique correspondant à E et une impulsion M est émise, sauf lorsque Ri devient inférieure à la valeur de E auquel cas, pendant un cycle, la rampe Ri est augmentée d'une valeur correspondant à #r r = 2w - E sans émission d'une impulsion M.

Entre les instants tl et t2, la phase réglante 4 > r estimée vaut 2w. La rampe Ri reste constante, avec émission d'une impulsion M à chaque cycle.

Après l'instant t2, la phase réglante 4 > r estimée vaut 2 + E. A chaque cycle de mesure, Ri est augmentée de la valeur de E et une impulsion M est émise, sauf lorsque Ri devient supérieure à la valeur de 2n - E, auquel cas, pendant un cycle, la rampe Ri est diminuée de la valeur correspondant à 2w - E, avec émission de deux impulsions M.

Le gyromètre représenté à la figure 1 comporte en outre une boucle destinée à corriger les erreurs dans la représentation numérique de 2# à chaque réinitialisation de la rampe de déphasage. Cette boucle de correction détermine un nombre N1 tel que 2m.Nl soit la représentation numérique de 2# au niveau de l'entrée du convertisseur 34. La sortie du sommateur 32 est multipliée par ce nombre N1 dans le multiplieur 60 avant d'attaquer le convertisseur 34. Le nombre N1 est obtenu, dans un sommateur 65, en ajoutant à un nombre de référence NO une valeur numérique #N1 calculée par intégration numérique d'un signal d'erreur #2#. Le nombre NO est choisi de telle façon que (2 + 2m-2) soit égal à (1-d).2m+1, d étant la variation maximum relative du gain de conversion de l'ensemble constitué par le convertisseur 34 et le déphaseur électro-optique 31.

Ce signal d'erreur #2# représente l'écart entre un déphasage de 2# et la représentation de ce déphasage par le nombre 2m dans les moyens électroniques de réglage et de mesure. Pour évaluer #2#, on est amené à distinguer deux types de réglage pouvant être effectués au cycle de mesure i : un réglage de type 1 correspond à
Ri+1 - Ri = Fi (modulo 2m) ; un réglage de type 2 correspond à
Ri+1 - Ri = Fi (modulo 2m) + 2m lorsque #, représentée par -Fi, est positive, et à Ri+1 - Ri = Fi (modulo 2m) - 2m lorsque # est négative.

Comme F1 est représenté en complément à 2 (contrairement à Ri), la notation Fi (modulo 2m) représente le nombre correspondant aux m bits de poids faible de Fi affectés du signe de Fi représenté par son bit de poids le plus fort.

On peut montrer que #2# est proportionnel à -(Ei - Ei-2) x sgn (A) x sgn (Fi) et de même signe lorsque le réglage au i-ième cycle de mesure est de type 2 et le réglage au (i-2)-ième cycle de mesure est de type 1, tandis que E2u est proportionnel à (Ei - E12) x sgn (A) x sgn (Fi) et de même signe lorsque le réglage au i-ième cycle de mesure est de type 1 et le réglage au (i-2)-ième cycle de mesure est de type 2.

Pour calculer #2#, on prévoit alors une unité 61, recevant les signaux numérisés successifs Ei, le bit Ao représentatif du signe de A (c'est-à-dire du déphasage induit par le signal de modulation) et le bit MSB le plus significatif de Fi, qui, en complément à 2, représente le signe de Fi. L'unité 61 calcule à chaque cycle de mesure la quantité -(Ei - Ei-2) x sgn (A) x sgn (Fi) et l'adresse à une entrée d'un multiplieur 62 dont la sortie fournit le signal d'erreur E2n à intégrer par l'intégrateur 64. Les moyens de traitement 30 sont agencés (d'une manière non représentée aux figures 3 et 4) pour produire à chaque cycle de mesure un bit Bi qui vaut 1 lorsque le réglage est de type 1 et O lorsque le réglage est de type 2. Un registre à décalage 63 à trois positions reçoit les valeurs successives du bit Bi.

Ce registre 63 est associé à une logique pour délivrer une valeur Gi adressée à la seconde entrée du multiplieur numérique 62. Cette valeur G1 est égale à +1 lorsque le contenu du registre 63 est 0 x 1 (x représentant une valeur binaire indifférente, et le dernier bit du registre correspondant au bit Bi le plus récent), à -1 lorsque le contenu du registre 63 est 1 x 0, et à 0 dans tous les autres cas.

Cet agencement de la boucle de correction permet d'évaluer autant de fois que possible et de façon consistante le signal d'erreur #2#.

Claims (8)

REVENDICATIONS

1. Gyromètre comportant : une bobine de fibre optique (10) ; une source électromagnétique (12) munie d'un séparateur pour envoyer dans la bobine deux ondes contrarotatives provenant de la source ; un détecteur d'interférence (22) recevant les ondes contrarotatives ; des moyens électro-optiques de déphasage (31) placés en amont de la bobine pour une onde et en aval pour l'autre ; et des moyens électroniques de réglage et de mesure recevant le signal de sortie du détecteur d'interférence et adressant aux moyens électro-optiques de déphasage d'une part une rampe de déphasage apte à compenser le déphasage relatif des ondes résultant de leur propagation dans la bobine, et d'autre part un signal périodique de modulation apte à créer entre les ondes un déphasage alternatif sensiblement égal à +R/2, les moyens électroniques de réglage et de mesure comportant un démodulateur (26) recevant un signal de référence de même période que le signal de modulation, un intégrateur (28) fournissant à chaque cycle de mesure une estimation numérique (Fi) liée au déphasage relatif des ondes résultant de leur propagation dans la bobine, et des moyens (30) de traitement de l'estimation pour déterminer à chaque cycle de mesure une valeur numérique (Ri) de la rampe de déphasage,

caractérisé en ce que ladite estimation numérique (FL) et la valeur numérique (Ri) de la rampe sont respectivement codées sur n et m bits, n et m étant deux nombres entiers tels que m ' n-1, en ce que les moyens de traitement (30) comprennent des moyens sommateurs (44, 45 ; 46) additionnant, à chaque cycle de mesure, la valeur numérique (Ri) de la rampe déterminée au cycle de mesure précédent et les m bits de poids faible de ladite estimation (Fi), le résultat sur m bits de cette addition constituant la valeur numérique (Ri+1) de la rampe déterminée audit cycle de mesure, et en ce que les moyens de traitement de l'estimation comprennent en outre un registre de comptage à p bits (48), p étant un nombre entier tel que n - m < p < n, ce registre recevant, à chaque cycle de mesure, une valeur (Dr) égale au nombre (DF) représenté par les p bits de poids fort de ladite estimation (Fi) auquel est ajouté, lorsque p n'est pas égal à n, le bit (cep) de retenue d'ordre n - p issu des moyens sommateurs, un ou plusieurs signaux de mesure (P, M) étant produits à chaque cycle de mesure en fonction du contenu du registre de comptage (48).

2. Gyromètre selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens (30) de traitement de l'estimation comprennent en outre des moyens pour émettre, à chaque cycle de mesure, un nombre d'impulsions égal à la valeur (Dr) reçue par le registre de comptage à l'issue du cycle de mesure précédent, cette valeur étant codée en complément à 2, ces impulsions constituant le signal de sortie (P, M) du gyromètre et étant émises sur l'une ou l'autre de deux sorties suivant le signe de ladite valeur du registre de comptage.

3. Gyromètre selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens pour émettre les impulsions sont cadencés par un signal (Hp) de fréquence au moins égale à 2P-1 fois la fréquence des cycles de mesure.

4. Gyromètre selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que p = n - m, et en ce que les moyens sommateurs sont constitués par un sommateur à n bits (46) dont une entrée à n bits reçoit l'estimation numérique (Fi), une entrée à m bits reçoit la valeur numérique (Ri) de la rampe de déphasage déterminée au cycle de mesure précédent, et la sortie délivre un résultat sur n bits parmi lesquels les m bits de poids faible constituent la valeur numérique déterminée (Ri+1) de la rampe de déphasage et les p bits de poids fort sont adressés au registre de comptage (48).

5. Gyromètre selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens électroniques de réglage et de mesure comprennent en outre un intégrateur numérique (29) intégrant l'estimation numérique (Fi) pour produire une sortie (#) représentative de la position angulaire du gyromètre.

6. Gyromètre selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les moyens électroniques de réglage et de mesure comprennent en outre une boucle de correction apte à corriger les erreurs dans la représentation numérique de 2R.

7. Gyromètre selon la revendication 6, caractérisé en ce que la boucle de correction comprend un multiplieur numérique (60) recevant une grandeur de correction (N1) et un signal non corrigé, et produisant un signal corrigé destiné à attaquer les moyens électro-optiques de déphasage (31) ; et un intégrateur (64) intégrant un signal d'erreur (62X) pour modifier la grandeur de correction (N1), le signal d'erreur (62W) évalué au cycle de mesure i étant proportionnel à -Gi x (Ei - Ei-2) x sgn (A) x sgn (Fi) expression dans laquelle Ei - E12 représente la différence entre les signaux d'entrée du démodulateur (26) aux cycles i et (i-2), sgn (A) représente le signe du déphasage alternatif des ondes résultant du signal périodique de modulation, sgn (Fi) représente le signe de l'estimation numérique (Fi) au cycle de mesure i, et G1 prend la valeur +1 lorsqu'un premier type de réglage est effectué au cycle i et un second type de réglage est effectué au cycle (i-2), la valeur -1 lorsque le second type de réglage est effectué au cycle i et le premier type de réglage est effectué au cycle (i-2), et la valeur 0 dans les autres cas, le premier type de réglage à un cycle j correspondant à une variation (Rj+1-Rj) de la valeur numérique de la rampe de déphasage égale au nombre représenté par les m bits de poids faible de l'estimation (F) affectés du signe de l'estimation (Fj), et le second type de réglage à un cycle j correspondant à une variation (R+1-R) de la valeur numérique de la rampe de déphasage égale au nombre représenté par les m bits de poids faible de l'estimation (F) affectés du signe de l'estimation (fi), augmenté ou diminué de 21.

8. Procédé pour adapter le domaine de mesure et/ou la résolution angulaire d'un gyromètre comportant : une bobine de fibre optique (10) ; une source électromagnétique (12) munie d'un séparateur pour envoyer dans la bobine deux ondes contrarotatives provenant de la source ; un détecteur d'interférence (22) recevant les ondes contrarotatives ; des moyens électro-optiques de déphasage (31) placés en amont de la bobine pour une onde et en aval pour l'autre ; et des moyens électroniques de réglage et de mesure recevant le signal de sortie du détecteur d'interférence et adressant aux moyens électro-optiques de déphasage d'une part une rampe de déphasage apte à compenser le déphasage relatif des ondes résultant de leur propagation dans la bobine, et d'autre part un signal périodique de modulation apte à créer entre les ondes un déphasage alternatif sensiblement égal à +tut/2, les moyens électroniques de réglage et de mesure comportant un démodulateur (26) recevant un signal de référence de même période que le signal de modulation, un intégrateur (28) fournissant à chaque cycle de mesure une estimation numérique (Fi) liée au déphasage relatif des ondes résultant de leur propagation dans la bobine, et des moyens (30) de traitement de l'estimation pour d'une part déterminer à chaque cycle de mesure une valeur numérique (Ri) de la rampe de déphasage, et d'autre part délivrer un ou plusieurs signaux de mesure (P, M) dépendants de la rotation du gyromètre, caractérisé en ce que

- ladite estimation (Fi) et la valeur numérique (Ri) de la rampe sont codées respectivement sur n et m bits, n et m étant deux nombres entiers tels que m < n - 1, et 2m étant une représentation numérique d'un déphasage de 2 ;;

- la valeur numérique (Ri+1) de la rampe est déterminée à chaque cycle de mesure en additionnant la valeur numérique (Ri) de la rampe déterminée au cycle de mesure précédent et les m bits de poids faible de ladite estimation (Fi) ; et

- les signaux de mesure (P, M) sont produits à chaque cycle de mesure en fonction d'une valeur (Dr) égale au nombre (DF) représenté par les p bits de poids fort de ladite estimation (Fi) auquel est ajouté, lorsque p n'est pas égal à n, le bit (Qp) de retenue d'ordre n - p résultant de l'addition de la valeur numérique (Ri) de la rampe déterminée au cycle précédent et des m bits de poids faible de l'estimation (Fi), p étant un nombre entier tel que n - m # p < n,

en ce qu'on choisit la valeur de n pour que le gyromètre ait un domaine de mesure allant jusqu'aux vitesses angulaires comprises entre -(2n-m-1-1/2m-n+p) kn/Dxfet 2n-n-1x kn/Dxf radian par seconde, expression dans laquelle kn désigne la longueur d'onde des ondes dans la bobine, D désigne le diamètre de la bobine, et Tf désigne le temps de propagation des ondes dans la bobine,

et en ce qu'on choisit la valeur de p pour que le gyromètre ait une résolution angulaire de l'ordre de (#n/D)/2p-n+m radian.