FR2755227A1 - Appareil de mesure de rotation a resonateur mecanique vibrant - Google Patents

Appareil de mesure de rotation a resonateur mecanique vibrant Download PDF

Info

Publication number
FR2755227A1
FR2755227A1 FR9613344A FR9613344A FR2755227A1 FR 2755227 A1 FR2755227 A1 FR 2755227A1 FR 9613344 A FR9613344 A FR 9613344A FR 9613344 A FR9613344 A FR 9613344A FR 2755227 A1 FR2755227 A1 FR 2755227A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
resonator
vibration
transducers
control
sensors
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
FR9613344A
Other languages
English (en)
Other versions
FR2755227B1 (fr
Inventor
Pierre Leger
Alain Jeanroy
Alain Renault
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sagem SA
Original Assignee
Sagem SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sagem SA filed Critical Sagem SA
Priority to FR9613344A priority Critical patent/FR2755227B1/fr
Priority to GB9722948A priority patent/GB2319085B/en
Priority to DE1997148294 priority patent/DE19748294B4/de
Publication of FR2755227A1 publication Critical patent/FR2755227A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of FR2755227B1 publication Critical patent/FR2755227B1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/56Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
    • G01C19/567Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using the phase shift of a vibration node or antinode

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Gyroscopes (AREA)

Abstract

L'appareil de mesure de rotation comprend un résonateur mécanique (10) muni de transducteurs (151 , 152 ) permettant de créer dans le résonateur une onde stationnaire de vibration ayant une symétrie axiale et de capteurs de mesure de l'élongation de la vibration du résonateur dans au moins deux directions particulières. Il comprend de plus un circuit de contrôle/commande pour entretenir les vibrations et déterminer les emplacements des noeuds et des ventres de vibration. Le circuit de contrôle/commande alimente les transducteurs pour générer dans le résonateur deux ondes progressives contra-rotatives, dont la différence de phase est représentative de l'angle de rotation du résonateur autour de son axe de révolution. Les amplitudes des ondes sont telles que leur composition provoque une onde stationnaire ayant une amplitude en phase déterminée et une amplitude en quadrature sensiblement nulle.

Description

APPAREIL DE MESURE DE ROTATION A RESONATEUR MECANIQUE
VIBRANT
La présente invention concerne de façon générale les appareils de mesure de rotation comprenant: - un élément mécanique, appelé résonateur, possédant une
symétrie axiale, dont l'axe est l'axe sensible de l'appa-
reil, capable de vibrer sur une résonance mécanique, - des capteurs sensibles à l'élongation de la vibration dudit élément dans au moins deux directions particulières, - et des transducteurs d'application de forces au résonateur dans lesdites directions particulières, servant
notamment au contrôle de la vibration.
Il existe déjà de nombreux appareils à résonateurs de ce type, dits vibrants; ils utilisent l'accélération de Coriolis, qui agit sur un élément en vibration lorsque ce corps tourne. L'accélération de Coriolis est dirigée orthogonalement à la vitesse de rotation et à la direction de vibration, et elle tend à modifier l'orientation du réseau de vibration proportionnellement à la rotation dudit
élément autour de l'axe sensible.
De tels appareils utilisent des résonateurs qui peuvent prendre des formes notablement différentes les unes des
autres. Le résonateur peut avoir une constitution annulai-
re; il peut être constitué par une plaque circulaire ou carrée; il peut avoir une forme de bol fixé par son fond, les capteurs et les transducteurs étant alors répartis autour du bord du bol; il peut également comporter un jeu de quatre poutres vibrantes réparties aux angles d'un carré
(EP-A-0 578 519).
On sait par ailleurs, depuis 1923 au moins, qu'on peut considérer une onde stationnaire dans un résonateur ayant une symétrie axiale comme la composition de deux ondes progressives contra-rotatives de même longueur d'onde. Cette possibilité est mise en oeuvre dans les gyromètres optiques à boucle (gyromètres laser). Les deux ondes contra-rotatives voient leur phase changer lorsque le résonateur tourne
autour de son axe sensible.
On a également proposé d'utiliser cette décomposition dans le cas d'appareils ayant un résonateur en anneau (EP-A- 609 929) ou à ondes de surface cylindriques (US-A-4 384 409). Toutefois, les appareils prévus jusqu'à ce jour exigent des circuits effectuant des calculs complexes et/ou
un grand nombre de transducteurs.
Jusqu'à ce jour également, ces calculs et la disposition des transducteurs et capteurs étaient conjointement adaptés à un type de résonateur et à un seul. Par exemple, le résonateur en anneau objet du brevet EP-A-609 929 déjà cité est commandé par des transducteurs selon des directions particulières relativement aux directions des capteurs, et
pour un mode de vibration n égal à 2, ce qui exclut l'utili-
sation de l'électronique de contrôle/commande du résonateur pour un autre mode de vibration ou pour un autre type de résonateur. L'invention vise notamment à s'affranchir de ces contraintes. On sait que, dans le cas d'une résonance mécanique d'un résonateur quelconque, il est possible de représenter analytiquement un champ de vibration dans une base ayant deux modes propres pour références. On peut alors décrire la vibration par le système d'équations suivant: i1+ 241h1 + >21q1 = 29,îb/ii2 + mI 2 f2
L2+ 2t2q2 + 2292 = - 2"2Qb/i1l + -
m2
dont la solution est une description de la vibration.
Dans ces équations: ni (avec i=l ou 2): coordonnées dans le plan des modes propres, coefficients d'amortissement modal réduit, mi: masses modales, xi: pulsations propres, i: coefficients de couplage gyroscopiques, Qb/i: vitesses de rotation inertielles du résonateur,
fi: efforts généralisés.
On exploite ces relations en plaçant des transducteurs et des capteurs de façon que:
- les capteurs donnent les composantes des deux vibra-
tions selon les axes n1 et 12' - les transducteurs permettent d'appliquer les forces f1
et f2 selon les mêmes axes.
La position et le nombre des capteurs et transducteurs dépendront de la forme du résonateur et leur association peut toujours permettre d'obtenir des sorties n1 et q2 et d'admettre des entrées fi et f2 selon la figure 1 et d'utiliser l'électronique de contrôle/commande proposée sur
cette figure, qui reste indépendante de la forme du résona-
teur et qui ne nécessite plus qu'une adaptation à la
fréquence de résonance utilisée.
On observe que, mécaniquement, les axes n1 et 112 présentent un angle égal à X/2n, n étant un entier supérieur ou égal à un. Par exemple, pour un anneau se déformant en ellipse, n=2 et les deux ondes propres font un angle de w/4
= 45 .
L'invention exploite pour la première fois ces principes et équations pour arriver à fournir un module électronique
qu'on peut qualifier d'universel, permettant le contrôle/-
commande de résonateurs mécaniques à symétrie axiale de tous types suivant tous modes de vibration utiles, dans le but de délivrer un angle ou une vitesse de rotation suivant leur
axe sensible.
Par module universel, on entendra un module qu'il n'est pas nécessaire de modifier si l'on change de mode ou de résonateur, seuls les transducteurs et capteurs devant être adaptés en ce qui concerne leurs niveaux de sortie ou de sensibilité et positionnés relativement au résonateur suivant le référentiel mécanique correspondant au mode de
résonance choisi.
La présente invention vise également à fournir un appareil de mesure de rotation du genre ci-dessus défini permettant de ne mettre en oeuvre qu'un nombre minimum de
transducteurs et de capteurs et une électronique relative-
ment simple, pouvant être entièrement analogique. Dans ce but, l'invention propose un appareil caractérisé en ce que le circuit d'entretien des vibrations et de mesure comporte des moyens d'alimentation des transducteurs destinés à
générer dans le résonateur deux ondes progressives contra-
rotatives, dont la différence de phase est représentative de l'angle de rotation du résonateur autour de son axe de révolution et dont les amplitudes sont telles que leur composition provoque une onde stationnaire ayant une amplitude en phase déterminée et une amplitude en quadrature
sensiblement nulle.
Grâce au maintien de l'amplitude en phase à une valeur déterminée obtenue par exemple en régulant l'énergie des ondes contra-rotatives, et à l'annulation de l'amplitude en quadrature, il est possible d'avoir un nombre relativement réduit de transducteurs. La régulation peut être assurée en
ne mettant en oeuvre que des éléments de calcul implémenta-
bles sans difficulté sous forme d'un circuit câblé, sans
microprocesseur, du fait notamment que le calcul de fonc-
tions trigonométriques n'est qu'optionnel.
L'appareil peut aisément être réalisé de façon à constituer aussi bien un gyroscope qu'un gyromètre. Pour
l'utilisation en gyromètre, l'onde stationnaire est mainte-
nue en place en provoquant sa précession forcée. Dans le cas d'utilisation en gyroscope, des moyens destinés à un fonctionnement en gyromètre ne sont pas nécessaires, mais ils permettent d'effectuer un calibrage périodique, d'o une précision qui peut être élevée. Les caractéristiques ci-dessus ainsi que d'autres
apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit
d'un mode particulier de réalisation, donné à titre d'exem-
ple non limitatif. La description se réfère aux dessins qui
l'accompagnent, dans lesquels: - la figure 1 est un schéma synoptique destiné à montrer le mode de contrôle/commande du dispositif, à module universel; - la figure 1A est un schéma de principe montrant une répartition possible de transducteurs sur un résonateur à périphérie circulaire au repos, les liaisons des capteurs et des transducteurs avec un circuit de mesure et d'excitation et un réseau d'ondes stationnaires provoquées dans le résonateur selon un mode d'ordre deux; - la figure 2 est une représentation de la vibration d'un point du résonateur de la figure 1, dans un référentiel 1' q2 se rapportant au mode; - la figure 3 est un synoptique de moyens de mesure de déphasage et d'annulation de déphasage, utilisable pour la mise en oeuvre de l'invention; - la figure 4 est un synoptique montrant des opérateurs
utilisables pour maintenir les amplitude des ondes contra-
rotatives dans un résonateur; - la figure 5 est un synoptique d'opérateurs utilisables pour générer un signal représentatif des forces à appliquer pour provoquer une précession;
- la figure 6 est un synoptique d'ensemble de l'électro-
nique d'un appareil de mesure de rotation suivant l'inven-
tion, pouvant fonctionner en gyromètre ou en gyroscope.
Avant de décrire en détail la mise en oeuvre de l'inven-
tion, il peut être utile de rappeler que le réseau d'ondes stationnaires d'ordre n (d'ordre deux dans l'exemple qui
sera donné) est décomposable en deux ondes progressives.
Dans le cas d'un résonateur en anneau, lorsque le résonateur tourne autour de son axe, la rotation tend à entraîner le réseau d'ondes stationnaires. Cela se traduit par le fait que les deux ondes progressives permettant de recomposer l'onde stationnaire ont une différence de fréquence 01-02 représentative de la vitesse de rotation a et une différence de phase représentative de l'angle de rotation à partir
d'une origine.
L'invention applique ce fait en associant, à des
capteurs de mesure de l'élongation du résonateur en plu-
sieurs emplacements autour de l'axe et à des transducteurs de création de forces de compensation de l'amortissement, une électronique fournissant deux signaux de sortie à des fréquences dont la différence est représentative de la vitesse de rotation (et dont la différence de phase est représentative de l'angle) et alimentant les transducteurs de façon à créer des forces qui: - maintiennent l'amplitude de vibration en phase à une valeur constante;
- annulent la composante en quadrature.
Le résonateur mécanique peut avoir des constitutions très variées. A titre d'exemple, la figure 1A montre un résonateur 10 qui peut notamment être en forme de disque ou de bol en un matériau tel que le résonateur ait de faibles pertes. Au repos, le résonateur est circulaire ou présente une structure qui mécaniquement est équivalente à un cercle
comme cela est représenté en traits pleins sur la figure 1A.
Lorsque le résonateur vibre dans son mode d'ordre 2, il prend les deux formes extrêmes représentées, en traits mixtes et à échelle très agrandie sur la figure 1A, s'il est
excité à sa fréquence de résonance par un circuit électroni-
que 12 qui alimente en opposition de phase deux transduc-
teurs 14 placées à 90 l'une de l'autre. Dans la réalité, chaque transducteur 14 est alimenté en parallèle avec un transducteur placé en face, non représenté pour plus de simplicité. Deux autres couples d'électrodes 151, 152 sont placées à 45 des précédentes dans le référentiel des modes. Le déplacement radial est mesuré, dans le cas décrit,
aux mêmes emplacements angulaires que les transducteurs.
Pour cela, deux couples par exemple de capteurs 16 (les liaisons d'un seul capteur étant seules représentées) permettent de mesurer l'amplitude de la vibration et fournissant au circuit électronique 12 des signaux de
mesure. Le circuit est prévu pour alimenter les transduc-
teurs de façon à maintenir une amplitude de vibration
constante, comme on le verra plus loin.
Ces indications et les suivantes seraient également valables pour tout résonateur mis en vibration suivant un mode d'ordre 2l, la disposition des transducteurs et des
capteurs étant simplement modifiée.
Ainsi le même dispositif 12 peut être utilisé pour un résonateur à quatre poutres vibrantes parallèles, tel que
celui décrit dans le document EP-A-0 578 519 déjà mentionné.
Si le boîtier qui supporte le résonateur tourne dans le sens indiqué par la flèche f d'un angle déterminé, le champ de vibrations tend à se décaler, sous l'effet des forces de Coriolis, et par exemple le noeud de vibrations 18 se déplace, s'il n'est pas contrarié par une action du circuit électronique 12, et prend par exemple un angle 0 à un instant t. Cet angle est proportionnel à la rotation subie par le boîtier, avec un rapport constant et inférieur ou
égal à 1, suivant le type de résonateur.
Quelle que soit la nature du résonateur mécanique, dans la mesure o il présente un mode de vibration stationnaire, d'ordre 1 au moins, le déplacement d'un point M peut être représenté, dans un référentiel de modes q1 2' par le diagramme de la figure 2. Le déplacement d'un point courant M peut être représenté sous la forme paramétrique donnée plus haut. Par la suite, on développera ces formules en utilisant les notations suivantes: 1 et 12: axes du référentiel et coordonnées dans le référentiel, 0 est la fréquence angulaire de vibration du résonateur, D est la vitesse de rotation du boîtier,
a est un coefficient de forme, inférieur à 1.
fl et f2: forces appliquées le long des axes q1 et q2'
destinées en premier lieu à compenser les per-
tes et à corriger l'anisotropie de fréquence
et en second lieu à changer de mode de fonc-
tionnement ou à corriger le fonctionnement en utilisant des modèles d'erreur mémorisés, M: point courant représentatif de l'état de vibration,
01 et 02: fréquences angulaires des deux ondes progressi-
ves résultant de la décomposition de l'onde stationnaire à fréquence angulaire 0,
O: inclinaison du grand axe de l'ellipse représen-
tative de la vibration dans le plan des modes, dans des axes de référence q1 et 92 liés au boîtier du résonateur, i ou R: vecteur représentatif du point courant M dans le repère 91, 12' 2a et 2b: grand et petit axes de l'ellipse représentative de la vibration, VCO1 et VCO2: oscillateurs à commande par tension, fonctionnant aux fréquences 01 et 02'
R1 et R2: vecteurs, de modules respectifs r1 et r2, tour-
nant respectivement aux fréquences 01 et 02' ft1 et ft2: forces tangentielles exercées sur le résonateur, pour entretenir les amplitudes en phase à une valeur constante,
fr1 et fr2: forces radiales exercées sur le résona-
teur, pour annuler les amplitudes en qua-
drature, Q: vitesse de rotation du boîtier du résonateur, p: vitesse de précession, égale à (01-02)/2,
Cp: signal de commande de précession.
La figure 2 montre que la vitesse de rotation f du boîtier qui porte le résonateur a pour effet de faire tourner le champ de vibrations et, par exemple, de faire
tourner d'un angle 0 le grand axe 2a de l'ellipse représen-
tant le mouvement du point. Pour un fonctionnement en gyroscope; on déduit, d'une mesure de 0, l'angle dont a tourné le boîtier du résonateur en appliquant un facteur
d'échelle a qui dépend du résonateur et de l'ordre du mode.
Sur la figure 2, on a représenté la vibration sous forme d'une ellipse ayant un grand axe de valeur 2a et un petit axe de valeur 2b. Les variations des coordonnées 1. et 92 d'un point courant M en fonction du temps peuvent s'écrire: 1 = a cos et cos O - b sin et sin 92 = a cos et cos O + b sin et sin La composante de vibration d'amplitude b, souvent dénommée quadrature spatiale, provoque l'apparition de dérives parasites du champ de vibrations, qui dégradent la
qualité des mesures lors du fonctionnement en gyroscope.
Conformément à l'invention, deux commandes pour l'entre-
tien de la vibration sont prévues dans tous les cas pour: - maintenir l'amplitude de a (ou de a2+b2, c'est-à-dire de l'énergie) par compensation des pertes;
- réduire la quadrature spatiale b à zéro.
De plus, pour un fonctionnement en gyromètre ou en vue du calibrage, une troisième commande est nécessaire: - commande externe de précession pour faire tourner l'axe de la vibration d'une vitesse de précession Qp qui
sera définie plus loin.
Pour faire apparaître la décomposition en deux ondes progressives de fréquences différentes 01 et (2, il suffit de relever que le vecteur 0 peut être regardé comme la résultante de Ri+R2, le vecteur R1 de rayon rl=(a+b)/2
tournant à la vitesse +0 et le vecteur R2 de rayon r2=(a-
b)/2 tournant à la vitesse -0 lorsque le boîtier est fixe.
Si en revanche le boîtier tourne à vitesse 0, les vitesses des vecteurs 1 et 2 deviennent i=-Q et 92=9+0.
L'entretien de la vibration peut s'effectuer en conmman-
dant deux oscillateurs fournissant chacun deux signaux alternatifs en quadrature de façon que leurs sorties, appliquées aux électrodes, reconstituent deux vecteurs tournant aux fréquences 01 et 62. Les vecteurs V1 et V2 représentatifs des sorties des deux oscillateurs commandés
VCO1 et VCO2 doivent être asservis en position à R1 et R2.
Cela implique de mesurer ou de calculer le déphasage entre
R1 et V1 et entre R2 et V2.
Mesure et annulation de déphasaae Pour mesurer le déphasage, il est proposé d'utiliser la propriété du produit vectoriel d'être nul lorsque les deux vecteurs sont alignés. Dans le cas du vecteur V1:
V1 AOM = V A(R,+R
= vlAml+vl/sÉ2 Le terme VlAR2 donne après filtrage, un signal nul car les vecteurs V1 et R2 tournent en sens contraire, d'o: V1 AoM=sin(V1,RL)= arg(VRl))=:1, avec 1signal d'erreur, ou:
-1 -_
V1AOM=2.cosolt-ql.sinolt A condition d'utiliser des oscillateurs fournissant des signaux carrés d'amplitude 1, l'opération de multiplication s'effectue simplement à l'aide de multiplieurs par +1 et -1 et un additionneur qui, les signaux étant analogiques, peut être un amplificateur opérationnel. Un montage identique est
utilisé pour la seconde voie.
Les moyens de mesure du déphasage et d'annulation du déphasage peuvent en conséquence être ceux montrés en figure 3. L'entrée a désigne l'ensemble des signaux représentant le
vecteur OM = R1+R2.
Les composants 201 et 202 effectuent les produits vectoriels, en fait des multiplications des valeurs d'entrée alternativement par +1 et - 1 et des additions, suivies d'un filtrage. Les signaux d'erreur e1 et e2 sont rebouclés sur
VCO1 et VCO2.
On obtient ainsi deux sorties 221 et 222 dont les phases sont asservies aux deux vecteurs R1 et R2 qui composent la
vibration elliptique, et dont le déphasage correspond à 20.
Mesure et régulation des amplitudes des deux ondes L'amplitude de chacune des deux ondes contra-rotatives est mesurée en effectuant un produit scalaire au lieu d'un
produit vectoriel. On peut pour cela utiliser deux opéra-
teurs 241 et 242, comme schématisé sur la figure 4.
L'équation algébrique reste du type à deux multiplica-
tions de grandeurs réelles et une addition requérant deux
modulateurs et un additionneur algébrique.
Si on suppose que les VCO1 et VCO2 fournissent des signaux d'amplitude égale à 1, on a, pour 241: V1.OM = Vl.(RI+R2)
= V1. R1+V,.*R2
= rl. Cos(V1,R1)+r2cos(V1,R2) Après filtrage, le résultat correspond à r1; r2 est obtenu de la même façon; on dispose donc: - des 2 composantes q1 et 92 du vecteur OM, - des deux fois 2 composantes des vecteurs tournants R et R2 On peut alors maintenir à une valeur de consigne l'amplitude de chacune des deux ondes contra- rotatives, en envoyant des forces d'entretien ft normales aux vecteurs R, c'est-à-dire tangentes aux trajectoires circulaires. Ces forces de compensation doivent être égales et opposées aux forces d'amortissement induites par le vecteur vitesse. Le principe de l'asservissement est montré sur la figure 4. Les valeurs r1 et r2 sont introduites dans des additionneurs 261 et 262 et comparées à des consignes r01 et r02. Les sorties des additionneurs sont amplifiées avec un gain k en 281 et 282 et envoyées à des multiplieurs 301 et 302 effectuent de simples multiplications. La rotation des vecteurs V1 et V2 avant envoi aux multiplieurs s'effectue en 321 et 322 par simple inversion des coordonnées et
éventuellement changement de signe.
Annulation de la quadrature Cette annulation est simple. Il suffit de donner la même valeur r0 aux consignes r01 et r02 d'asservissement des deux
amplitudes. En effet, b = rl-r2.
Commande de Drécession La commande de précession est nécessaire lors du fonctionnement en gyromètre et/ou pour un calibrage. Elle doit faire apparaître une précession p du gyroscope et pour cela: - augmenter la vitesse 01 de R1 d'une quantité p, - diminuer la vitesse 02 de R2 de la même quantité Op, car: = + fip.t 01 = + p 02 = - op A cet effet, il faut introduire une force fr qui, cette fois, est normale à la trajectoire, donc parallèle au
vecteur R et fournit un travail nul.
La vitesse tangentielle v est égale à O.r. On peut relever qu'on retrouve ainsi la formule de Coriolis: fp = 2 m.pr en posant m = k/02 Les forces de précession, étant parallèles aux vecteurs R et R2, peuvent être obtenues par des multiplications simples d'un vecteur V1 ou V2 par un scalaire Cp, ce qui revient à une modulation; les contributions, à ajouter aux sorties des multiplieurs 301 et 302 de la figure 4, peuvent
être générées par des opérateurs du genre montré en figu-
re 5. Les multiplieurs 341 et 342 reçoivent la commande de
précession externe Cp.
Puisqu'on dispose de V1 et V2, on peut en déduire sin 20 et cos 20, par un produit vectoriel V2AV1=sin 20 et un _ -
produit scalaire V2.V1=cos 20.
Le schéma global des circuits peut être celui donné en figure 6, o les éléments déjà décrits portent le même
numéro de référence.
Sur le synoptique de la figure 6, les trajets des signaux analogiques sont indiqués par des lignes simples en traits pleins. Les signaux numériques codés sur n bits sont indiqués par des lignes portant la mention du nombre de bits. Enfin, des lignes doubles indiquent les trajets des couples de valeurs représentatives d'un vecteur, tel que R1, R2, etc. On retrouve sur la figure 6 les moyens déjà montrés sur la figure 3, destinés à mesurer et à maintenir l'amplitude de vibration, qui reçoivent, en tant que signaux d'entrée, les sorties des capteurs 16 additionnées ou retranchées, suivant leurs positions relatives. Le rebouclage des VCO comporte un circuit de numérisation. Par composition des signaux numériques ainsi obtenus dans un additionneur 36, on peut obtenir la valeur de 20, d'o 8 se déduit par simple
décalage d'un bit.
Le niveau d'énergie de vibration est ajustable en introduisant la valeur de consigne r0, par une commande extérieure, dans les additionneurs 261 et 262. Cette valeur de consigne est choisie en fonction des caractéristiques
mécaniques du résonateur.
Les composantes fr1 et ft1 sont combinées dans un additionneur double 461. De même les composantes fr2 et ft2 sont combinées en 462. La combinaison des valeurs des forces résultantes est effectuée dans un additionneur 50 qui les répartit entre des signaux fl et f2 représentatifs des
forces à exercer par les transducteurs 14 et 15.
La figure 6 montre également un opérateur 381 de calcul de sin 20, par produit vectoriel de V1 et de V2, et un opérateur 382 de calcul de cos 20, par produit scalaire de
V1 et de V2.
Enfin, l'appareil montré en figure 6 comporte encore des moyens de génération de la fréquence de résonance F0, à partir de V1 et V2. Ces moyens comportent deux multiplieurs
401 et 402. Le multiplieur 401 reçoit les signaux représen-
tatifs du vecteur V2 et un signal à une seule composante de rebouclage élaborée par un multiplieur vectoriel 42 et un amplificateur 44. Le multiplieur vectoriel reçoit la sortie des deux multiplieurs 401 et 402, ce dernier symétrique de
401.

Claims (7)

REVENDICATIONS
1. Appareil de mesure de rotation autour d'un axe sensible comprenant un résonateur mécanique muni de trans- ducteurs permettant de créer dans le résonateur une onde stationnaire de vibration ayant une symétrie axiale et de capteurs de mesure de l'élongation de la vibration du résonateur dans au moins deux directions particulières et
comprenant un circuit de contrôle/commande pour entretenir -
les vibrations et déterminer les emplacements des noeuds et des ventres de vibration autour de l'axe, caractérisé en ce que le circuit de contrôle/commande comporte des moyens d'alimentation des transducteurs pour
générer dans le résonateur deux ondes progressives contra-
rotatives, dont la différence de phase est représentative de l'angle de rotation du résonateur autour de son axe de révolution et dont les amplitudes sont telles que leur composition provoque une onde stationnaire ayant une amplitude en phase déterminée et une amplitude en quadrature
sensiblement nulle.
2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte au minimum une paire de transducteurs et au
minimum une paire de capteurs également réparties angulaire-
ment pour créer un réseau d'ondes stationnaires d'ordre n supérieur ou égal à A.
3. Appareil selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit circuit de contrôle/commande comprend des moyens de mesure et d'annulation de déphasage ayant deux oscillateurs (VCO1,VCO2) commandés par tension, fournissant des signaux carrés d'amplitude unité, et des multiplieurs vectoriels (201,202) fournissant chacun le produit de la
sortie d'un oscillateur respectif et d'un signal correspon-
dant provenant des capteurs, dont la sortie attaque l'entrée
de commande de l'oscillateur.
4. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit circuit de contrôle/commande comprend des moyens de mesure des amplitudes des deux ondes et de maintien à une même valeur de consigne (r0), comprenant des additionneurs (261,262) recevant, sur une entrée additive, la valeur de consigne et, sur l'autre entrée, un signal représentatif du produit scalaire du signal fourni par les capteurs et de la
sortie de l'oscillateur commandé correspondant, représenta-
tif de l'amplitude réelle.
5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que les sorties des additionneurs sont envoyées à des multiplieurs (301,302) et effectuent des multiplications par les sorties des oscillateurs, décalées de 90 par simple inversion des coordonnées et éventuellement changement de signe.
6. Appareil selon l'une quelconque des revendications
précédentes, caractérisé en ce que ledit circuit comprend de plus des moyens de commande de précession forcée en vue d'un
fonctionnement en gyromètre.
7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce
que lesdits moyens de commande de précession ont des multi-
plieurs (341,342) des sorties des oscillateurs respectifs
par un scalaire Cp représentatif de la précession.
FR9613344A 1996-10-31 1996-10-31 Appareil de mesure de rotation a resonateur mecanique vibrant Expired - Fee Related FR2755227B1 (fr)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR9613344A FR2755227B1 (fr) 1996-10-31 1996-10-31 Appareil de mesure de rotation a resonateur mecanique vibrant
GB9722948A GB2319085B (en) 1996-10-31 1997-10-30 Rotation-measurement apparatus having a vibrating mechanical resonator
DE1997148294 DE19748294B4 (de) 1996-10-31 1997-10-31 Vorrichtung zur Messung der Rotation mit einem vibrierenden, mechanischen Resonator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR9613344A FR2755227B1 (fr) 1996-10-31 1996-10-31 Appareil de mesure de rotation a resonateur mecanique vibrant

Publications (2)

Publication Number Publication Date
FR2755227A1 true FR2755227A1 (fr) 1998-04-30
FR2755227B1 FR2755227B1 (fr) 1998-12-31

Family

ID=9497245

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FR9613344A Expired - Fee Related FR2755227B1 (fr) 1996-10-31 1996-10-31 Appareil de mesure de rotation a resonateur mecanique vibrant

Country Status (3)

Country Link
DE (1) DE19748294B4 (fr)
FR (1) FR2755227B1 (fr)
GB (1) GB2319085B (fr)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2816702A1 (fr) * 2000-11-13 2002-05-17 Sagem Dispositif de stabilisation de plate-forme autour d'un axe, utilisant un detecteur a resonateur vibrant
EP1445580A1 (fr) * 2003-02-06 2004-08-11 Sagem S.A. Procédé de mise en oeuvre d'un résonateur sous l'effet de forces électrostatiques
US7997134B2 (en) 2007-12-21 2011-08-16 Sagem Defense Securite Measurement by gyroscopic system
WO2011128606A2 (fr) 2010-04-16 2011-10-20 Sagem Defense Securite Mesure gyroscopique par un gyroscope vibrant en precession
WO2011128605A2 (fr) 2010-04-16 2011-10-20 Sagem Defense Securite Mesure gyroscopique dans un systeme de navigation
JP2012506041A (ja) * 2008-10-20 2012-03-08 サジェム デファンス セキュリテ 振動型ジャイロスコープによるジャイロ測定
US8424363B2 (en) 2008-11-28 2013-04-23 Sagem Defense Securite Calibration of vibratory gyroscope
US8800349B2 (en) 2008-11-28 2014-08-12 Sagem Defense Securite Calibration of gyroscopic systems with vibratory gyroscopes
EP2181305B1 (fr) * 2007-08-23 2016-03-09 Sagem Defense Securite Procede de determination d'une vitesse de rotation d'un capteur vibrant axisymetrique, et dispositif inertiel mettant en oeuvre le procede
US10852159B2 (en) 2015-05-26 2020-12-01 Safran Electronics And Defense Method for controlling the precession of a vibrating structure gyroscope

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114184245B (zh) * 2022-02-16 2022-04-26 青岛积成电子股份有限公司 用于燃气计量的超声波换能器自动配对方法
CN114184246A (zh) * 2022-02-16 2022-03-15 青岛积成电子股份有限公司 一种用于燃气计量的超声波换能器分档方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0472424A2 (fr) * 1990-08-24 1992-02-26 British Aerospace Public Limited Company Gyromètres à surface vibrante
EP0609929A1 (fr) * 1993-02-01 1994-08-10 General Motors Corporation Dispositif de commande pour gyroscope à vibration
FR2723635A1 (fr) * 1994-08-11 1996-02-16 Sagem Dispositif gyrometrique vibrant a effet piezo-electrique

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3992952A (en) * 1974-12-20 1976-11-23 The Singer Company Control system for angular displacement sensor
US4384409A (en) * 1980-10-18 1983-05-24 The Bendix Corporation Surface acoustic wave gyroscope
GB2266149B (en) * 1992-04-10 1995-08-16 British Aerospace Single axis rate sensor noise reduction
GB2299669B (en) * 1995-04-07 1998-12-16 British Aerospace Method for actively balancing a vibrating structure gyroscope sensing element structure

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0472424A2 (fr) * 1990-08-24 1992-02-26 British Aerospace Public Limited Company Gyromètres à surface vibrante
EP0609929A1 (fr) * 1993-02-01 1994-08-10 General Motors Corporation Dispositif de commande pour gyroscope à vibration
FR2723635A1 (fr) * 1994-08-11 1996-02-16 Sagem Dispositif gyrometrique vibrant a effet piezo-electrique

Cited By (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2816702A1 (fr) * 2000-11-13 2002-05-17 Sagem Dispositif de stabilisation de plate-forme autour d'un axe, utilisant un detecteur a resonateur vibrant
EP1445580A1 (fr) * 2003-02-06 2004-08-11 Sagem S.A. Procédé de mise en oeuvre d'un résonateur sous l'effet de forces électrostatiques
FR2851041A1 (fr) * 2003-02-06 2004-08-13 Sagem Procede de mise en oeuvre d'un resonateur sous l'effet de forces electrostatiques
US7010977B2 (en) 2003-02-06 2006-03-14 Sagem Sa Method for implementing a resonator under electrostatic forces
US7127947B2 (en) 2003-02-06 2006-10-31 Sagem Defense Securite Method for implementing a resonator under electrostatic forces
US7127946B2 (en) 2003-02-06 2006-10-31 Sagem Defense Securite Method for implementing a resonator under electrostatic forces
EP2181305B1 (fr) * 2007-08-23 2016-03-09 Sagem Defense Securite Procede de determination d'une vitesse de rotation d'un capteur vibrant axisymetrique, et dispositif inertiel mettant en oeuvre le procede
US7997134B2 (en) 2007-12-21 2011-08-16 Sagem Defense Securite Measurement by gyroscopic system
RU2528037C2 (ru) * 2008-10-20 2014-09-10 Сагем Дефенс Секьюрите Способ и система для гироскопических измерений с использованием вибрационного гироскопа
JP2012506041A (ja) * 2008-10-20 2012-03-08 サジェム デファンス セキュリテ 振動型ジャイロスコープによるジャイロ測定
US8342024B2 (en) 2008-10-20 2013-01-01 Sagem Defense Securite Gyroscopic measurement by a vibratory gyroscope
US8800349B2 (en) 2008-11-28 2014-08-12 Sagem Defense Securite Calibration of gyroscopic systems with vibratory gyroscopes
US8424363B2 (en) 2008-11-28 2013-04-23 Sagem Defense Securite Calibration of vibratory gyroscope
WO2011128605A2 (fr) 2010-04-16 2011-10-20 Sagem Defense Securite Mesure gyroscopique dans un systeme de navigation
US9103672B2 (en) 2010-04-16 2015-08-11 Sagem Defense Sécurité Gyroscopic measurement by a gyroscope vibrating in precession
US9217640B2 (en) 2010-04-16 2015-12-22 Sagem Defense Sécurité Gyroscopic measurement in a navigation system
WO2011128606A2 (fr) 2010-04-16 2011-10-20 Sagem Defense Securite Mesure gyroscopique par un gyroscope vibrant en precession
US10852159B2 (en) 2015-05-26 2020-12-01 Safran Electronics And Defense Method for controlling the precession of a vibrating structure gyroscope

Also Published As

Publication number Publication date
FR2755227B1 (fr) 1998-12-31
GB2319085A (en) 1998-05-13
DE19748294A1 (de) 1998-05-07
DE19748294B4 (de) 2010-07-29
GB2319085B (en) 2000-12-13
GB9722948D0 (en) 1998-01-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FR2755227A1 (fr) Appareil de mesure de rotation a resonateur mecanique vibrant
FR2537717A1 (fr) Procede et dispositif d'oscillation pour des capteurs de rotation a laser en anneau
WO2018154254A1 (fr) Système et procédé hybride de mesure inertielle basé sur un interféromètre à atomes froids et à impulsions lumineuses
EP0430747B1 (fr) Dispositif de mesure à fibre optique, gyromètre, centrale de navigation et de stabilisation
FR2889586B1 (fr) Gyroscope a masse vibratoire et procede pour minimiser les erreurs systematiques d'un tel gyroscope
FR2563917A1 (fr) Dispositif accelerometrique a un seul axe et configuration de plate-forme inertielle le comprenant
EP0505976B1 (fr) Dispositif pour compenser une force vibratoire ou un couple vibratoire subi par une corps
FR2648556A1 (fr) Systeme et procede d'excitation de tremblement pour un gyrolaser
FR2551552A1 (fr) Detecteur de vitesse angulaire utilisant deux accelerometres vibrants fixes a un parrallelogramme
EP2620751A1 (fr) Dispositif de mesure a capteurs résonants
EP2791620A1 (fr) Mesure par interferometrie atomique
CH375153A (fr) Débitmètre gyroscopique
WO2010046585A1 (fr) Mesure gyroscopique par un gyroscope vibrant
EP0750176B1 (fr) Dispositif de mesure d'une vitesse angulaire
FR2507313A1 (fr) Procede et dispositif pour eviter le blocage d'un gyroscope a anneaux laser par rayonnement de scintillement en retour
EP2558819B1 (fr) Mesure gyroscopique dans un systeme de navigation
FR2540242A1 (fr) Gyroscope a laser comportant des miroirs oscillants et une oscillation de courant
EP0750177B1 (fr) Dispositif et procédé de mesure de vitesse angulaire
FR2800869A1 (fr) Gyroscope a resonateur hemispherique et procede correspondant
EP0810418B1 (fr) Appareil de mesure de rotation
EP2438400B1 (fr) Circuit électronique, gyro-vibrant et procédé de traitement associé
FR2551554A1 (fr) Dispositif de mesure de la force inertielle specifique et de la vitesse angulaire d'un corps mobile
EP4343281B1 (fr) Procede de mesure d'une vitesse angulaire de rotation et/ou d'une position angulaire
FR3131369A1 (fr) Procede de calibrage d un capteur angulaire inertiel micro-usiné et systeme de calibrage.
EP0576655B1 (fr) Gyrometre a fibre optique a traitement numerique du signal

Legal Events

Date Code Title Description
TP Transmission of property
ST Notification of lapse

Effective date: 20120629