FR2923007A1

FR2923007A1 - Gyroscope a resonance magnetique nucleaire a auto-etalonnage

Info

Publication number: FR2923007A1
Application number: FR0855265A
Authority: FR
Inventors: Robert E Stewart; Edward Kanegsberg
Original assignee: Northrop Grumman Guidance and Electronics Co Inc
Current assignee: Northrop Grumman Guidance and Electronics Co Inc
Priority date: 2007-07-31
Filing date: 2008-07-30
Publication date: 2009-05-01
Anticipated expiration: 2028-07-30
Also published as: US20090033329A1; FR2923007B1; US7728587B2

Abstract

La méthode et l'appareil, dans une réalisation, peuvent comporter : une cage de gyroscope contenant un champ de polarisation ; un champ de polarisation qui produit un champ magnétique axial stable ; du xénon ou un autre gaz contenu à l'intérieur d'au moins une partie du champ magnétique axial, les spins nucléaires du xénon ou autre gaz présentant une précession à une vitesse angulaire constante relativement à la cage de gyroscope en réponse au champ magnétique axial ; dans lequel l'inversion d'une polarité du champ de polarisation entraîne l'inversion d'une polarité du champ magnétique et d'une polarité de la précession du spin nucléaire du xénon ou autre gaz, et dans lequel une inversion de la polarité du facteur d'échelle du gyroscope est ainsi produite sans inversion d'une polarité de polarisation du gyroscope.

Description

GYROSCOPE À RÉSONANCE MAGNÉTIQUE NUCLÉAIRE À AUTO-ÉTALONNAGE L'invention concerne d'une manière générale des gyroscopes à résonance magnétique nucléaire (RMN) et, plus particulièrement, des gyroscopes à résonance magnétique nucléaire à auto-étalonnage.

Plusieurs approches ont été suggérées dans l'état de la technique pour la création d'un gyroscope à résonance magnétique nucléaire. En général, elles utilisent un oscillateur contrôlé par résonance magnétique nucléaire. Les informations de rotation sont dérivées des phases des signaux de précession Larmor des moments nucléaires, par comparaison des phases et emploi de circuits de contrôle du champ magnétique.

Ces dispositifs présentent des problèmes significatifs qui limitent leur emploi. Par exemple, certains dispositifs sont limités par les temps de relaxation relativement courts des gaz qu'ils utilisent. En outre, le couplage direct fort qui existe généralement entre les gaz et la lumière, qui est utilisé pour l'alignement des moments magnétiques ou la détection des moments magnétiques, limite aussi bien les temps de relaxation que le rapport signal-bruit, et limite donc les possibilités d'utilisation de ces instruments. Dans un type de gyroscope connu, la polarité de polarisation du gyroscope est inversée quand les axes d'entraînement et de détection sont échangés l'un contre l'autre. Cette classe particulière de gyroscope est désignée par le terme gyroscope vibratoire Coriolis de Classe Il , et elle est caractérisée en ce qu'elle est de par sa nature contrebalancée, symétrique autour de l'axe d'entrée, et en ce qu'elle possède des modes de vibrations orthogonales dégénérées. Pour réaliser l'auto-étalonnage de la polarisation du gyroscope, on emploie deux gyroscopes pour mesurer la vitesse angulaire, et on pratique une inversion séquentielle de la polarisation du gyroscope. La séquence de données provenant des gyroscopes peut être traitée dans un algorithme pour déterminer les polarisations des gyroscopes et soustraire celles-ci de la vitesse mesurée. On calcule la moyenne des mesures de vitesse angulaire des deux gyroscopes auto-étalonnés pour réduire le cheminement aléatoire angulaire. L'auto-étalonnage d'une polarisation d'un gyroscope dans des conditions de fonctionnement dynamiques nécessite la mesure simultanée de la vitesse angulaire, par exemple par une paire de gyroscopes vibratoires Coriolis de Classe Il (CVG) ou par un seul gyroscope pourvu de doubles éléments de détection. Les CVG de Classe Il sont capables d'inverser la polarité de polarisation du gyroscope en échangeant l'un contre l'autre leurs modes d'entraînement et de détection. Un algorithme permet de résoudre une série de quatre équations pour estimer la polarisation des gyroscopes et soustraire celle-ci de la vitesse angulaire mesurée. Un gyroscope à double résonateur (DRG) peut faciliter cette mesure simultanée de la vitesse angulaire par une paire de gyroscopes. Des simulations de systèmes ont démontré qu'il était possible de réduire de presque trois ordres de grandeur la contribution de l'incertitude de polarisation des gyroscopes à la croissance de l'erreur de position d'un système de navigation inertiel en utilisant un auto-étalonnage de polarisation des gyroscopes. L'incertitude du facteur d'échelle d'un gyroscope est une autre source d'erreur dans les systèmes inertiels. La contribution de l'incertitude du facteur d'échelle à l'erreur de position dépend de l'amplitude de la vitesse angulaire présente. La compensation de l'incertitude du facteur d'échelle d'un gyroscope améliorerait davantage les performances d'un système de navigation inertiel. On a besoin dans l'état de la technique de gyroscopes à résonance magnétique nucléaire à auto-étalonnage améliorés.

Une réalisation de la présente méthode et du présent appareil comprend un appareil. L'appareil peut comprendre : une cage de gyroscope contenant une bobine de champ de polarisation ; une bobine de champ de polarisation qui produit un champ magnétique axial stable ; du xénon contenu à l'intérieur d'au moins une partie du champ magnétique axial, les spins nucléaires du xénon présentant une précession à une vitesse angulaire constante relativement à la cage de gyroscope en réponse au champ magnétique axial ; dans lequel l'inversion d'une polarité d'un courant dans la bobine de champ de polarisation entraîne l'inversion d'une polarité du champ magnétique et d'une polarité de la précession du spin nucléaire du xénon, et dans lequel une inversion de la polarité du facteur d'échelle du gyroscope est ainsi produite sans inversion d'une polarité de polarisation du gyroscope.

Une autre réalisation de la présente méthode et du présent appareil comprend une méthode. La méthode peut comprendre : l'application d'un courant fixe à une bobine de champ de polarisation de gyroscope pour produire un champ magnétique axial stable qui contient du xénon ; et le champ magnétique entraînant une précession des spins nucléaires du xénon à une vitesse angulaire constante relativement à une cage de gyroscope, en produisant une fréquence de Larmor ; la fréquence de Larmor apparente relativement au logement augmentant ou diminuant en fonction d'une polarité relative de la vitesse de rotation angulaire de la cage autour d'un axe du champ magnétique.

Les caractéristiques des réalisations de la présente méthode et du présent appareil sont énoncées en détail dans les revendications ci-jointes. On pourra mieux comprendre ces réalisations en se référant au descriptif ci-après tout en consultant les dessins d'accompagnement, dans lesquels les numéros de référence similaires désignent des éléments similaires dans les différentes figures, et dans lesquels : La FIG. 1 est une représentation schématique d'une réalisation selon la présente méthode et du présent appareil ; la FIG. 2 est une vue en perspective éclatée d'une réalisation selon la présente méthode et du présent appareil ; la FIG. 3 est une représentation schématique d'une autre réalisation selon la présente méthode et du présent appareil ; et la FIG. 4 représente une réalisation selon la présente méthode.

Les réalisations de la présente méthode et du présent appareil fournissent un gyroscope miniature à résonance magnétique nucléaire (RMN) qui répond à un besoin pour une utilisation dans des systèmes de mesure et de navigation inertiels compacts, de coût modique, de faible puissance, de classe navigation . Comme objectif de performance pour le RMN miniature, on cite une incertitude de polarisation inférieure à 0,01 degré par heure. Pour réaliser cet objectif, on accorde une attention significative au blindage magnétique et aux techniques de réjection en mode commun, comme l'emploi d'espèces atomiques multiples. Bien que ces approches soient nécessaires pour obtenir une performance désirée, les méthodes additionnelles améliorent les performances, réduisent le risque, et augmentent l'espace utile, pour permettre de réduire davantage la taille, la puissance et le coût. En général, un gyroscope est un capteur qui fournit des informations sur la vitesse angulaire, ou vitesse à laquelle il tourne. Comme la sortie du gyroscope indique quelle est la vitesse de rotation d'un objet, le signal de sortie doit être intégré ou additionné dans le temps. L'intégration consiste en un échantillonnage périodique du gyroscope avec un convertisseur analogue/numérique, une multiplication du nombre ainsi obtenu par le nombre de secondes entre les échantillons, et une addition de celui-ci à une variable statique qui suit l'angle. On notera que le RMN peut aussi être un capteur de vitesse, et les réalisations de la présente méthode et du présent appareil peuvent être utilisées pour la détection de vitesse ainsi que pour la détection d'angle. Le décalage de polarisation du gyroscope, connu aussi sous le nom de sortie à vitesse nulle , est la vitesse mesurée quand le gyroscope n'est pas en train de tourner autour de son axe de sensibilité. Par exemple, un gyroscope peut avoir un décalage de polarisation d'environ 5°/ h. Les mesures de sortie du gyroscope supérieures au décalage de polarisation indiquent une rotation dans un sens, par exemple dans le sens des aiguilles d'une montre, tandis que les mesures de sortie inférieures au décalage de polarisation indiquent une rotation dans le sens opposé, par exemple dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. Les capteurs inertiels à auto-étalonnage ont récemment fait l'objet de divulgations, de dépôts de brevets et de démonstrations du bien-fondé de la conception avec des gyroscopes à poutre vibrante et à résonateur hémisphérique. L'approche, pour l'auto-étalonnage, repose sur l'inversion électrique de la polarité de facteur d'échelle du capteur sans changer la polarité ou l'amplitude de décalage nul ou de polarisation du capteur. La méthode d'auto-étalonnage utilise l'inversion électrique de la polarité pour obtenir le même résultat que la méthode classique d'étalonnage de polarisation dans les capteurs inertiels, dans laquelle les capteurs sont réorientés pour inverser la polarité du signal d'entrée sans changer la polarité ou l'amplitude de la polarisation. Pour mettre en oeuvre l'auto-étalonnage dans un environnement dynamique, il est nécessaire d'avoir deux capteurs, avec une polarité de facteur d'échelle alternant séquentiellement. Les signaux de sortie de la paire de capteurs peuvent être introduits dans un filtre de Kalman, qui dérive la polarisation de chaque capteur et élimine celle-ci en tant que source d'erreurs dans l'estimation du signal d'entrée vrai qui parvient aux capteurs. Le filtre de Kalman est un filtre récursif efficace, qui fait une estimation de l'état d'un système dynamique à partir d'une série de mesures incomplètes et à haut niveau de bruit. Les réalisations de la présente méthode et du présent appareil appliquent cette approche d'auto-étalonnage au gyroscope à RMN. La polarité de facteur d'échelle du gyroscope à RMN est déterminée par la polarité du champ magnétique qui induit une précession de Larmor du spin nucléaire du xénon. L'inversion de la polarité du champ magnétique entraîne une inversion de la polarité de la précession de Larmor. Le changement apparent dans la fréquence de précession de Larmor est la mesure de la vitesse angulaire appliquée à la cage de gyroscope. En fonction de la polarité de la précession de Larmor, la vitesse angulaire appliquée fait soit augmenter, soit diminuer, la fréquence de précession apparente observée par le détecteur optique fixé au logement. Dans la mesure où la polarisation du gyroscope reste inchangée en polarité et en amplitude à la suite de l' inversion dans le champ magnétique, la polarisation du gyroscope peut être dérivée et éliminée de la vitesse angulaire mesurée. L'utilisation d'une paire d'éléments capteurs RMN dans un gyroscope confère à celui-ci une caractéristique d'auto-étalonnage dans des conditions de fonctionnement dynamiques. L'utilisation de deux capteurs par axe produit aussi une réduction par le carré de deux du cheminement aléatoire angulaire non correspondant, et apporte une redondance. On peut aussi employer d'autres architectures de système, par exemple des géométries tétraédriques, pour lesquelles on utilise quatre gyroscopes au lieu de six. Dans la configuration tétraédrique, les gyroscopes individuels subissent une inversion séquentielle de leur polarité tandis que les trois autres maintiennent un fonctionnement continu du système.

Un exemple de capteur de vitesse angulaire, ou gyroscope, à résonance magnétique nucléaire, fonctionne par détection de la vitesse de rotation angulaire inertielle, ou déplacement angulaire, autour d'un axe de sensibilité du dispositif, sous la forme d'un décalage dans la fréquence ou la phase de précession de Larmor, respectivement, d'un ou plusieurs isotopes possédant des moments magnétiques nucléaires. Le gyroscope comporte un capteur de rotation angulaire et ses composants électroniques associés. Les principaux éléments du capteur sont une source lumineuse, une cellule RMN, un photodétecteur, un ensemble de blindages magnétiques, et un ensemble de bobines de champ magnétique. Les principaux éléments des composants électroniques sont des circuits de traitement des signaux, qui servent à extraire les informations de fréquence et de phase de précession de Larmor, et des circuits pour produire et contrôler les champs magnétiques, à la fois stables et variant sinusoïdalement dans le temps, qui sont utilisés pour actionner le dispositif. La cellule RMN est montée à l'intérieur d'un ensemble de blindages magnétiques pour atténuer les champs magnétiques externes jusqu'à des niveaux assez bas pour être acceptables. Des bobines de champ magnétique sont utilisées pour appliquer des champs magnétiques très uniformes à la cellule RMN. Un champ stable et un champ porteur c.a. sont tous deux appliqués le long de l'axe de sensibilité du dispositif, et des champs de rétroaction AC (alternatif) sont appliqués le long d'un des axes transversaux. Les champs magnétiques DC (continu). le long des deux axes transversaux sont contrôlés pour être fondamentalement nuls. La cellule RMN contient une vapeur de métal alcalin, par exemple le rubidium ou le césium, conjointement avec deux isotopes d'un ou plusieurs gaz nobles, par exemple le krypton 83, le xénon 129, ou le xénon 131. Un gaz tampon, par exemple de l'hélium, peut aussi être présent dans la cellule. La cellule RMN est éclairée par un faisceau de lumière à polarisation circulaire, provenant d'une source comme une lampe au rubidium ou au césium ou un laser à solide, dont les fréquences correspondent aux fréquences d'absorption du rubidium ou du césium, qui traverse la cellule à un angle par rapport au champ magnétique stable. L'absorption d'une partie de cette lumière entraîne un alignement partiel des moments magnétiques atomiques des atomes de rubidium ou de potassium dans la direction du champ magnétique stable. Cet alignement est partiellement transféré aux moments magnétiques nucléaires des gaz nobles, si bien que ces moments présentent une précession autour de la direction du champ magnétique stable, qui crée elle-même des champs magnétiques tournant aux fréquences de précession de Larmor respectives des deux gaz nobles. Les champs en rotation modulent les mouvements de précession des moments magnétiques du rubidium ou du potassium, ce qui produit des modulations correspondantes de la lumière transmise, pour permettre de détecter par des moyens optiques les fréquences de précession de Larmor des deux gaz nobles. Les modulations de l'intensité lumineuse sont converties en signaux électriques par un photodétecteur, et ces signaux sont ensuite démodulés et filtrés par des moyens électroniques pour créer des signaux aux fréquences de précession de Larmor des deux gaz nobles. La différence entre les deux fréquences de précession est utilisée pour contrôler avec précision le champ magnétique stable de sorte que celui-ci soit constant. Une des fréquences de précession des gaz nobles est comparée à une fréquence de référence de précision, et la fréquence différentielle ainsi obtenue est une mesure de la vitesse de rotation angulaire du gyroscope.

Dans une réalisation, un dispositif à résonance magnétique comportant un contenant de gaz peut être pourvu d'un revêtement d'hydrure de métal alcalin sur la surface interne de la cellule. L'axe présentant une symétrie de révolution du contenant peut être orienté à un angle donné par rapport au champ magnétique, le contenant renfermant au moins un gaz à moment magnétique ayant un quadruple moment électrique nucléaire. Les phénomènes de résonance magnétique sont bien compris des personnes normalement versées dans l'art, et diverses applications pratiques de celle-ci sont largement disponibles dans les domaines scientifiques et techniques. Aux fins de la présente discussion, la résonance magnétique comprend aussi bien la résonance magnétique atomique que la résonance magnétique nucléaire. Une application particulière et importante de la méthode et de l'appareil décrits dans le présent document concerne un capteur de vitesse angulaire, ou gyroscope, à résonance magnétique nucléaire (désigné ci-après dans le présent document par le terme RMN ). Le brevet U.S. n° 4 157 495 divulgue un gyroscope à RMN qui fonctionne selon le principe de détection de la vitesse de rotation angulaire inertielle, ou déplacement angulaire, autour d'un axe de sensibilité du dispositif, sous la forme d'un décalage dans la fréquence ou la phase de précession de Larmor, respectivement, d'un ou plusieurs isotopes possédant des moments magnétiques nucléaires. Le gyroscope est constitué d'un capteur de rotation angulaire et de composants électroniques associés. Les principaux éléments du capteur sont une source lumineuse, une cellule RMN, un photodétecteur, un ensemble de blindages magnétiques, et un ensemble de bobines de champ magnétique. Les principaux éléments des composants électroniques sont des circuits de traitement des signaux, qui servent à extraire les informations de fréquence et de phase de précession de Larmor, ainsi que des circuits pour produire et contrôler divers champs magnétiques, à la fois stables et variant sinusoïdalement dans le temps, qui sont nécessaires au bon fonctionnement du dispositif. La cellule RMN est montée à l'intérieur d'un ensemble de blindages magnétiques afin d'atténuer les champs magnétiques externes jusqu'à des niveaux assez bas pour être acceptables. Des bobines de champ magnétique sont utilisées pour appliquer des champs magnétiques très uniformes à la cellule RMN. Un champ stable et un champ porteur AC sont tous deux appliqués le long de l'axe de sensibilité du dispositif, et des champs de rétroaction AC sont appliqués le long d'un des axes transversaux. Les champs magnétiques DC le long des deux axes transversaux sont contrôlés pour être fondamentalement nuls. La cellule RMN contient une vapeur d'un seul métal alcalin, par exemple le rubidium, conjointement avec deux isotopes d'un ou plusieurs gaz nobles, par exemple le krypton 83, le xénon 129, ou le xénon 131. Un ou plusieurs gaz tampons, par exemple de l'hélium ou de l'azote, peuvent aussi être présents dans la cellule. La cellule RMN est éclairée par un faisceau de lumière à polarisation circulaire, provenant d'une source comme une lampe au rubidium, et traversant la cellule à un angle par rapport au champ magnétique stable. L'absorption d'une partie de cette lumière entraîne un alignement partiel des moments magnétiques atomiques des atomes de rubidium dans la direction du champ magnétique stable. Cet alignement est partiellement transféré aux moments magnétiques nucléaires des gaz nobles, si bien que ces moments présentent une précession autour de la direction du champ magnétique stable, qui crée elle-même des champs magnétiques tournant aux fréquences de précession de Larmor respectives des deux gaz nobles. Ces champs en rotation modulent les mouvements de précession des moments magnétiques, qui produisent eux-mêmes des modulations correspondantes de la lumière transmise, en permettant ainsi de détecter par des moyens optiques les fréquences de précession de Larmor des deux gaz nobles. Les modulations de l'intensité lumineuse sont converties en signaux électriques par un photodétecteur, et ces signaux sont ensuite démodulés et filtrés par des moyens électroniques pour produire des signaux aux fréquences de précession de Larmor des deux gaz nobles. La différence entre les deux fréquences de précession est utilisée pour contrôler avec précision le champ magnétique stable de sorte que celui-ci soit constant. Une des fréquences de précession des gaz nobles est soustraite d'une fréquence de référence de précision. La fréquence différentielle ainsi obtenue est une mesure de la vitesse de rotation angulaire du gyroscope. L'amplitude d'un moment magnétique nucléaire individuel est extrêmement petite, et l'état d'équilibre naturel est un état dans lequel il existe une orientation presque aléatoire des moments dans un ensemble d'atomes. Il faut utiliser des techniques pour orienter une fraction significative de ces moments magnétiques dans une seule direction de façon à produire un moment magnétique macroscopique, et donc un signal mesurable. La FIG. 1 est une représentation schématique d'une réalisation selon la présente méthode et du présent appareil. Un gyroscope à RMN 100 peut comporter deux capteurs 102, 104 avec des entrées respectives 106, 108 et des sorties respectives 110, 112. Les sorties 110, 112 des deux capteurs 102, 104 peuvent être fonctionnellement couplées à des entrées respectives 114, 116 d'un module de filtre récursif 118 comportant une sortie 120. Le filtre récursif 118 peut être, par exemple, un filtre de Kalman.

La FIG. 2 est une vue en perspective éclatée d'une réalisation selon la présente méthode et du présent appareil. Un courant fixe appliqué à la bobine de champ de polarisation 202 produit un champ magnétique axial stable. Ce champ magnétique entraîne une précession des spins nucléaires du module de xénon 204 à une vitesse angulaire constante relativement à la cage de gyroscope. Le module de xénon 204 peut contenir du xénon 129 ou du xénon 131. D'autres matériaux peuvent être utilisés, par exemple le Kr83, le He3 ; il ne doit pas obligatoirement s'agir d'un gaz noble, toutefois en général, les gaz nobles ont des temps de relaxation suffisamment longs pour être très utiles dans les réalisations selon la présente méthode et du présent appareil. Cette fréquence de précession est désignée par le terme fréquence de Larmor . La fréquence de Larmor augmente ou diminue en fonction de la polarité relative de la vitesse de rotation angulaire de la cage 206 autour de l'axe du champ magnétique. La bobine de champ de polarisation 202 peut être contenue à l'intérieur d'un blindage magnétique 208 et protégée par un boîtier 210. Un module de détecteur optique 212 est fonctionnellement couplé à la cage 206. L'inversion de la polarité du courant dans la bobine 202 entraîne une inversion de la polarité du champ magnétique et de la polarité de la précession du spin nucléaire du xénon. Cela entraîne une inversion de la polarité du facteur d'échelle du gyroscope sans inversion de la polarité de polarisation du gyroscope. La FIG. 3 est une représentation schématique d'une autre réalisation selon la présente méthode et du présent appareil. Un gyroscope à RMN 300 peut comporter quatre capteurs disposés dans une configuration tétraédrique 301, 302, 303, 304 avec des entrées respectives 306, 308, 310, 312 et des sorties respectives 314, 316, 318, 320. Les sorties 314, 316, 318, 320 des quatre capteurs 301, 302, 303, 304 peuvent être fonctionnellement couplées à des entrées respectives 322, 324, 326, 328 d'un module de filtre récursif 330 qui comporte une sortie 332. Le filtre récursif 330 peut être, par exemple, un filtre de Kalman. La FIG. 4 représente une réalisation selon la présente méthode. D'une manière générale, cette réalisation peut comporter les étapes suivantes : application d'un courant fixe à une bobine de champ de polarisation de gyroscope pour produire un champ magnétique axial stable qui contient du xénon 401 ; et le champ magnétique entraînant une précession des spins nucléaires du xénon à une vitesse angulaire constante relativement à une cage du gyroscope, en produisant ainsi une fréquence de Larmor 402 ; la fréquence de Larmor augmentant ou diminuant en fonction d'une polarité relative de vitesse de rotation angulaire de la cage autour d'un axe du champ magnétique 403. L'inversion d'une polarité d'un courant dans la bobine entraîne l'inversion d'une polarité du champ magnétique et de la polarité de la précession du spin nucléaire du xénon. L'inversion de la polarité du courant dans la bobine qui entraîne l'inversion de la polarité du champ magnétique et de la polarité de la précession du spin nucléaire du xénon, entraîne l'inversion d'une polarité du facteur d'échelle du gyroscope sans inversion de la polarité de polarisation du gyroscope. Le présent appareil, dans un exemple, peut comprendre une pluralité de composants, par exemple un ou plusieurs composants électroniques, composants matériels, et composants logiciels informatiques. Plusieurs de ces composants peuvent être combinés ou séparés dans l'appareil. La présente méthode et le présent appareil ne sont pas limités aux détails particuliers des réalisations décrites, et d'autres modifications et applications sont envisagées. On peut apporter certains autres changements aux réalisations décrites ci-dessus sans pour autant s'écarter de l'esprit véritable et de la portée de la présente méthode et du présent appareil dont il est question dans le présent document. L'objet figurant dans le descriptif ci-dessus devra donc être interprété à titre illustratif et non dans un sens restrictif.

Claims

REVENDICATIONS

1. Appareil, comprenant : une cage de gyroscope (100) contenant une bobine de champ de polarisation qui produit un champ magnétique axial stable ; du xénon contenu à l'intérieur d'au moins une partie du champ magnétique axial, les spins nucléaires du xénon présentant une précession à une vitesse angulaire constante relativement à la cage de gyroscope en réponse au champ magnétique axial ; dans lequel l'inversion d'une polarité d'un courant dans la bobine de champ de polarisation (202) entraîne l'inversion d'une polarité du champ magnétique et d'une polarité de la précession du spin nucléaire du xénon, et dans lequel une inversion de la polarité du facteur d'échelle du gyroscope est ainsi produite sans inversion d'une polarité de polarisation du gyroscope.

2. Appareil selon la revendication 1, dans lequel un courant fixe appliqué à la bobine de champ de polarisation produit un champ magnétique axial stable.

3. Appareil selon la revendication 1, dans lequel le champ magnétique entraîne une précession des spins nucléaires du xénon à une vitesse angulaire constante relativement à la cage de gyroscope (100).

4. Appareil selon la revendication 3, dans lequel une fréquence de la vitesse angulaire est une fréquence de Larmor.

5. Appareil selon la revendication 4, dans lequel la fréquence de Larmor augmente ou diminue en fonction d'une polarité relative de la vitesse de rotation angulaire de la cage autour de l'axe du champ magnétique.

6. Appareil, comprenant : un gyroscope à résonance magnétique nucléaire (100) comportant au moins deux capteurs (102, 104) dans un champ magnétique ;30la polarité de facteur d'échelle des deux capteurs alternant séquentiellement, et les deux capteurs comportant des sorties respectives (106, 108) avec des signaux de sortie respectifs ; un filtre de Kalman (118) comportant deux entrées (114, 116) couplées respectivement aux sorties respectives des deux capteurs, les deux entrées recevant les deux signaux de sortie des deux capteurs ; dans lequel le filtre de Kalman dérive une polarisation respective de chaque capteur et élimine la polarisation respective en tant que source d'erreurs dans une estimation d'un signal d'entrée vrai respectif parvenant aux capteurs.

7. Appareil selon la revendication 6, dans lequel la polarité de facteur d'échelle du gyroscope à résonance magnétique nucléaire est déterminée par une polarité du champ magnétique qui induit une précession de Larmor d'un spin nucléaire du xénon.

8. Appareil selon la revendication 7, dans lequel l'inversion de la polarité du champ magnétique entraîne une inversion de la polarité de la précession de Larmor.

9. Appareil selon la revendication 8, dans lequel un changement apparent dans la fréquence de précession de Larmor est une mesure d'une vitesse angulaire appliquée à la cage de gyroscope. 25

10. Appareil selon la revendication 9, dans lequel en fonction de la polarité de la précession de Larmor, la vitesse angulaire appliquée entraîne soit une augmentation, soit une diminution, d'une fréquence de précession apparente observée par un détecteur optique fixé au logement. 30

11. Appareil selon la revendication 10, dans lequel, dans la mesure où la polarisation du gyroscope reste inchangée en polarité et en amplitude à la suite d'une inversion dans le champ magnétique, la polarisation du gyroscope est dérivée et éliminée d'une vitesse angulaire mesurée.20

12. Appareil selon la revendication 6, dans lequel l'appareil comprend en outre une paire de capteurs RMN qui permet l'auto-étalonnage du gyroscope dans des conditions de fonctionnement dynamiques.

13. Appareil selon la revendication 6, dans lequel l'appareil comprend en outre deux capteurs par axe pour réduire un cheminement aléatoire angulaire par un carré de deux et pour produire une redondance.

14. Appareil selon la revendication 6, dans lequel l'appareil comprend en outre quatre gyroscopes disposés dans une configuration tétraédrique, dans lequel les gyroscopes individuels subissent une inversion séquentielle de leur polarité tandis que les trois autres gyroscopes maintiennent un fonctionnement continu de l'appareil.

15. Méthode, comprenant : l'application d'un courant fixe à une bobine de champ de polarisation de gyroscope pour produire un champ magnétique axial stable qui contient du xénon ; et le champ magnétique entraînant une précession des spins nucléaires 20 du xénon à une vitesse angulaire constante relativement à une cage de gyroscope, en produisant ainsi une fréquence de Larmor ; la fréquence de Larmor augmentant ou diminuant en fonction d'une polarité relative de vitesse de rotation angulaire de la cage autour d'un axe du champ magnétique. 25

16. Méthode selon la revendication 15, dans laquelle l'inversion d'une polarité d'un courant dans la bobine entraîne l'inversion d'une polarité du champ magnétique et de la polarité de la précession du spin nucléaire du xénon. 30

17. Méthode selon la revendication 16, dans laquelle l'inversion de la polarité du courant dans la bobine qui entraîne l'inversion de la polarité du champ magnétique et de la polarité de la précession du spin nucléaire du xénon, entraîne l'inversion d'une polarité du facteur d'échelle du gyroscope 35 sans inversion de la polarité de polarisation du gyroscope.

18. Appareil, comprenant : une cage de gyroscope (100) contenant un moyen pour établir un champ magnétique axial stable ; un matériau prédéterminé contenu à l'intérieur d'au moins une partie du champ magnétique axial, les spins nucléaires du matériau prédéterminé présentant une précession à une vitesse angulaire constante relativement à la cage de gyroscope en réponse au champ magnétique axial ; dans lequel la polarité du champ magnétique est inversée pour inverser une polarité de la précession du spin nucléaire du matériau prédéterminé, et dans lequel une inversion de la polarité du facteur d'échelle du gyroscope est ainsi produite sans inversion d'une polarité de polarisation du gyroscope.

19. Appareil selon la revendication 18, dans lequel l'appareil comprend en outre une bobine de champ de polarisation, et dans lequel un courant fixe est appliqué à la bobine de champ de polarisation pour produire un champ magnétique axial stable.

20. Appareil selon la revendication 18, dans lequel le champ magnétique entraîne la précession des spins nucléaires du matériau prédéterminé à une vitesse angulaire constante relativement à la cage de gyroscope.

21. Appareil selon la revendication 20, dans lequel une fréquence de la vitesse angulaire est une fréquence de Larmor.

22. Appareil selon la revendication 21, dans lequel la fréquence de Larmor augmente ou diminue en fonction d'une polarité relative de la vitesse 30 de rotation angulaire de la cage autour de l'axe du champ magnétique.

23. Appareil selon la revendication 18, dans lequel le matériau prédéterminé est le xénon. 35

24. Appareil selon la revendication 18, dans lequel le moyen pourproduire un champ magnétique axial stable est une bobine de champ de polarisation.