FR2969750A1 - Gyroscope vibrant et procede de fabrication - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un gyroscope (1) vibrant, caractérisé en ce qu'il comprend une embase (2), un résonateur (3), comprenant un corps (4) de forme généralement cylindrique se terminant par une face (5) distale, du côté opposé à l'embase (2), ladite face (5) comprenant au moins une ouverture (13) débouchante, une pluralité d'éléments (10) piézoélectriques, disposés en contact du résonateur (3), des modules (18) de commande et de traitement de la vibration, disposés, au moins en partie, dans l'embase (2), et au moins une connexion (15) électrique, traversant le corps (4) du résonateur (3) à travers ladite ouverture (13), et connectant électriquement lesdits modules (18) de l'embase (2) et la pluralité d'éléments (10) piézoélectriques, pour la commande et la mesure de la vibration du résonateur (3).
Description
DOMAINE TECHNIQUE GENERAL L'invention concerne un gyroscope vibrant et un procédé de fabrication d'un tel gyroscope.
ETAT DE LA TECHNIQUE Les gyroscopes vibrants sont couramment utilisés dans de nombreux domaines, notamment en raison de leur solidité, de leur consommation électrique réduite, et de leur rapidité de mise en oeuvre. Ces gyroscopes comprennent un résonateur, qui peut prendre des 10 formes diverses, comme une cloche ou un diapason. L'invention concerne plus particulièrement les résonateurs comprenant un corps de forme généralement cylindrique. On désignera, de manière classique, l'axe z comme l'axe du cylindre, les axes x, y étant disposés dans le plan orthogonal à l'axe z. 15 Il est connu qu'un tel résonateur en vibration se déforme de manière elliptique, avec quatre ventres de vibration régulièrement disposés sur la circonférence du cylindre dans le plan x, y. On a illustré un premier mode de vibration 53, 57 du résonateur en Figure 1, à deux instants donnés, par rapport à son état au repos 54. Le résonateur passe de l'ellipse 53 à 20 l'ellipse 57 au bout d'une demi-période, mais il s'agit bien du même mode de vibration. Toute rotation du gyroscope autour de l'axe z génère des forces de Coriolis qui ont tendance à induire un décalage en rotation des ventres de vibration autour de la circonférence du cylindre. Des éléments de détection 25 piézoélectriques, placés au niveau des ventres de vibration, mesurent un signal dont la variation permet de déterminer la vitesse de rotation angulaire et/ou l'angle de rotation autour de l'axe z. A titre illustratif, on peut voir qu'en Figure 1, la rotation du résonateur induit un second mode de vibration elliptique 52, 58 dont les axes 30 principaux xi, y, sont situés à 45° des axes x, y. La vibration passe de l'ellipse 52 à l'ellipse 58 au bout d'une demi-période.
Le signal mesuré par les éléments de détection piézoélectriques au niveau de ces axes permet notamment de déterminer la vitesse de rotation angulaire. En général, les gyroscopes comprennent quatre éléments de détection piézoélectriques, permettant d'entretenir la vibration dudit résonateur, et quatre autres éléments piézoélectriques, permettant de mesurer le signal de vibration du résonateur. Ces huit éléments sont le plus souvent disposés de manière régulière autour du résonateur (quatre sur les axes x, y et quatre sur les axes xl,yl).
Toutefois, on constate que les gyroscopes à résonateur cylindrique existant à ce jour présentent l'inconvénient d'être peu compacts et difficiles à fabriquer. De plus, ils présentent une grande sensibilité à l'environnement vibratoire. II convient donc de proposer une solution améliorant les dispositifs 15 de l'état de la technique.
PRESENTATION DE L'INVENTION A cet effet, l'invention propose un gyroscope vibrant, caractérisé en ce qu'il comprend une embase, un résonateur, comprenant un corps de 20 forme généralement cylindrique se terminant par une face distale, du côté opposé à l'embase, ladite face comprenant au moins une ouverture débouchante, une pluralité d'éléments piézoélectriques, disposés en contact du résonateur, des modules de commande et de traitement de la vibration, disposés, au moins en partie, dans l'embase, et au moins une 25 connexion électrique, traversant le corps du résonateur à travers ladite ouverture, et connectant électriquement lesdits modules de l'embase et la pluralité d'éléments piézoélectriques, pour la commande et la mesure de la vibration du résonateur. L'invention est avantageusement complétée par les caractéristiques 30 suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible : - la face comprend une pluralité d'ouvertures débouchantes disposées sur sa circonférence, et ledit gyroscope comprend en outre une pluralité de connexions électriques traversant au moins un sous-ensemble desdites ouvertures, pour la connexion électrique des modules de l'embase avec la pluralité d'éléments piézo-électriques ; les ouvertures sont disposées sensiblement régulièrement sur la circonférence de la face, et les éléments piézoélectriques sont disposés entre lesdites ouvertures ; le gyroscope comprend un circuit d'interconnexion reliant la pluralité de connexion électriques, et étant connecté aux éléments piézoélectriques ; - le gyroscope comprend un pied de liaison entre le résonateur et l'embase, ledit pied étant disposé au niveau du prolongement d'une ouverture centrale de ta face du résonateur ; les modules de commande et de traitement de l'embase et les éléments piézoélectriques sont liés par au moins une connexion 15 électrique traversant le pied de liaison ; une partie des éléments piézoélectriques est apte à détecter des vibrations du résonateur, et l'autre partie des éléments piézoélectriques est apte à exciter le résonateur en vibration ; chaque élément piézoélectrique comprend à la fois un sous-élément 20 apte à détecter des vibrations du résonateur et un sous-élément apte à exciter le résonateur en vibration ; le résonateur est apte à vibrer selon un premier mode de vibration comprenant des ventres répartis sur deux axes, un second mode de vibration comprenant des ventres répartis sur deux autres axes, la 25 face du résonateur comprenant sur chaque axe du premier et du deuxième mode de vibration deux éléments piézoélectriques, chaque élément piézoélectrique comprenant à la fois au moins un sous-élément piézoélectrique apte à exciter le résonateur en vibration et au moins un sous-élément piézoélectrique apte à 30 détecter des vibrations du résonateur. L'invention propose également un procédé de fabrication d'un gyroscope vibrant, comprenant les étapes consistant à foumir une embase, former un résonateur comprenant un corps de forme généralement cylindrique se terminant par une face distale, du côté opposé à l'embase, ladite face comprenant au moins une ouverture débouchante, disposer une pluralité d'éléments piézoélectriques en contact du résonateur, assembler mécaniquement le résonateur sur l'embase, disposer des modules de commande et de traitement de la vibration dans l'embase, et connecter électriquement lesdits modules de l'embase et la pluralité d'éléments piézo-électriques, via au moins une connexion électrique traversant le corps du résonateur à travers ladite ouverture, pour la commande et la mesure de la vibration du résonateur.
L'invention présente de nombreux avantages. Un avantage de l'invention est de proposer un gyroscope vibrant plus compact. Un avantage de l'invention est de proposer un gyroscope vibrant présentant une dérive angulaire plus faible.
Un autre avantage encore de l'invention est de proposer un gyroscope plus simple à fabriquer. Un autre avantage encore de l'invention est de proposer un gyroscope dont les coûts de fabrication sont réduits. Enfin, un autre avantage de l'invention est de proposer un 20 gyroscope moins sensible à l'environnement vibratoire.
PRESENTATION DES FIGURES D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non 25 limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : la Figure 1, déjà commentée, est une représentation de modes de vibration d'un gyroscope à résonateur cylindrique ; la Figure 2 est une représentation d'un mode de réalisation d'un gyroscope vibrant selon l'invention ; 30 - la Figure 3 est une représentation d'un mode de réalisation d'une embase d'un gyroscope selon l'invention ; la Figure 4 est une représentation d'un mode de réalisation d'un résonateur d'un gyroscope selon l'invention ; la Figure 5 est une représentation d'un mode de réalisation d'un résonateur comprenant un élément piézoélectrique selon l'invention ; - la Figure 6 est une représentation d'un autre mode de réalisation d'un gyroscope vibrant selon l'invention ; la Figure 7 est une représentation d'étapes de fabrication d'un gyroscope selon l'invention ; - la Figure 8 est une représentation de modules de commande et de traitement de la vibration du gyroscope ; - la Figure 9 est une autre représentation de modules de commande et de traitement de la vibration du gyroscope selon l'invention.
DESCRIPTION DETAILLEE On a représenté en Figure 2 un mode de réalisation d'un gyroscope 1 vibrant selon l'invention.
Le gyroscope 1 comprend une embase 2, qui joue le rôle de socle. De plus, le gyroscope comprend un certain nombre de modules 18 de commande et de traitement de la vibration, décrits ultérieurement, et disposés au moins en partie dans l'embase 2. En général, ces modules 18 sont disposés sur une carte électronique de contrôle intégrée dans la partie inférieure de l'embase 2, et recouverte par un capot de protection. Le gyroscope 1 comprend en outre un résonateur 3. Ce résonateur 3 comprend un corps 4 de forme généralement cylindrique se terminant par une face 5 distale, du côté opposé à l'embase 2. Le résonateur 3 est en général une pièce métallique.
La face 5 est particulière en ce qu'elle comprend au moins une ouverture 13 débouchante. Dans le mode de réalisation de la Figure 2, la face 5 comprend une pluralité d'ouvertures débouchantes 13. Le gyroscope 1 comprend également une pluralité d'éléments 10 piézoélectriques, disposés en contact du résonateur 3. Avantageusement, ces éléments piézoélectriques 10 sont disposés sur la face 5 du résonateur 3, tournés vers l'extérieur du résonateur 3. Ces éléments piézoélectriques 10 sont destinés à mesurer la vibration du résonateur 3 et à l'entretenir. Il s'agit en général d'électrodes piézoélectriques.
Par exemple, il est connu d'utiliser du Titano-Zirconate de Plomb comme matériau piézoélectrique. Le gyroscope 1 présente au moins une connexion 15 électrique, traversant l'intérieur du corps du résonateur 3 à travers ladite ouverture 13, et connectant électriquement lesdits modules 18 de l'embase 2 avec la pluralité d'éléments 10 piézoélectriques, pour la commande et la mesure de la vibration du résonateur 3. Cette connexion 15 pourra être relayée par une carte d'interconnexion 20, jouant le rôle d'interface entre la connexion 15 et les éléments 10 piézoélectriques.
Comme on peut le constater, cette configuration permet d'obtenir un gyroscope très compact, puisque les connexions électriques entre les modules 18 de commande et de mesure et les éléments piézoélectriques 10 se font à travers l'intérieur du corps du résonateur 3, via au moins une ouverture 13 dédiée de la face 5 du résonateur 3 opposée à l'embase 2.
Avantageusement, la face 5 comprend une pluralité d'ouvertures 13 débouchantes disposées sur sa circonférence, comme illustré en Figures 2 et 4. Dans ce cas, le gyroscope 1 comprend en outre une pluralité de connexions 15 électriques traversant au moins un sous-ensemble desdites ouvertures 13, pour la connexion électrique des modules 18 de l'embase 2 et la pluralité d'éléments 10 piézoélectriques. Le reste des ouvertures peut être utilisé pour faire passer des liaisons mécaniques, par exemple des tiges 22, servant à lier mécaniquement la carte d'interconnexion 20 avec l'embase 2.
Avantageusement, les ouvertures 13 sont disposées sensiblement régulièrement sur la circonférence de la face 5, c'est-à-dire avec un décalage angulaire régulier ou quasi régulier. Dans ce cas, il est avantageux de disposer les éléments 10 piézoélectriques entre lesdites ouvertures.
Avantageusement, les ouvertures 13 ont la forme d'un disque pratiqué dans la face 5 du résonateur précédemment décrite. Avantageusement, le résonateur comprend une ouverture centrale, disposée au centre de la face 5, et se prolongeant en un pied 21 de liaison 2969750 "l
entre le résonateur 3 et l'embase 2. Ce pied de liaison peut avoir diverses fonctions et notamment servir de liaison mécanique entre le résonateur et l'embase, et/ou permettre le passage de connexions électriques entre les modules de l'embase et les éléments piézoélectriques. Le pied est disposé 5 à l'intérieur du corps du résonateur. Avantageusement, l'embase 2 comprend un évidement 30 de forme complémentaire au pied 21, et apte à recevoir le pied 21 de liaison pour lier mécaniquement le résonateur et l'embase. En général, le gyroscope 1 comprend un circuit d'interconnexion 20 10 reliant la pluralité de connexions électriques 15, et étant connecté aux éléments 10 piézoélectriques. Ce circuit d'interconnexion 20 est utilisé pour la transmission d'informations ou de commandes émises par les modules 18 de commande et de traitement vers les éléments piézoélectriques, ou inversement. 15 En général, une partie des éléments 10 piézoélectriques est apte à exciter le résonateur en vibration, et l'autre partie des éléments 10 piézoélectriques est apte à détecter des vibrations du résonateur. On peut par exemple utiliser huit éléments piézoélectriques, disposés de manière régulière sur la face 5 du résonateur 3, avec quatre desdits 20 éléments dédiés à la détection des vibrations, et quatre desdits éléments dédiés à l'excitation du résonateur. Alternativement, chaque élément 10 piézoélectrique comprend à la fois un sous-élément 23 piézoélectrique apte à exciter le résonateur en vibration et un sous-élément 24 piézoélectrique apte à détecter des 25 vibrations du résonateur, comme illustré en Figure 5. En général, les sous-éléments 23, 24 sont disposés à proximité, ou de manière adjacente pour chaque élément piézoélectrique 10. Avantageusement, les sous-éléments 23, 24 d'un même élément piézoélectrique 10 sont disposés sur un même rayon de la face 5. Il s'agit 30 en général de sous-éléments 23, 24 distincts mais disposés à proximité l'un de l'autre. En général, les sous-éléments 23, 24 sont disposés sur deux cercles concentriques de rayons différents.
Il peut s'agir de sous-éléments distincts, disposés à proximité, ou de zones contigües d'un même élément piézoélectrique. En général, il s'agit de pastilles rectangulaires et métallisées sur leurs deux faces, l'une étant collée ou brasée sur la face du résonateur qui 5 constitue la masse électrique. Comme explicité auparavant, le résonateur est apte à vibrer selon un premier mode de vibration comprenant des ventres répartis sur deux axes, et un second mode de vibration comprenant des ventres répartis sur deux autre axes. II s'agit de modes de vibration elliptiques. 10 Avantageusement, la face du résonateur comprend sur chaque axe du premier et du deuxième modes de vibration deux éléments 10 piézoélectriques, chaque élément 10 piézoélectrique comprenant à la fois au moins un sous-élément piézoélectrique 23 apte à exciter le résonateur en vibration et au moins un sous-élément piézoélectrique 24 apte à détecter 15 des vibrations du résonateur. Ceci permet au final d'obtenir au moins seize éléments piézoélectriques. Il est possible de se limiter à seize éléments piézoélectriques, avec huit éléments 10 comprenant chacun deux sous-éléments 23, 24. 20 Ceci est très avantageux pour rejeter des modes parasites apparaissant dans le résonateur, et multiplier les points de mesure et de commande de la vibration, comme explicité par la suite. En général, le gyroscope comprend en outre un capot de protection, non représenté, permettant de préserver le vide créé ultérieurement sous 25 ledit capot, et recouvrant l'ensemble comprenant le résonateur et l'embase. Le capot est par exemple une cloche, ou un cylindre. Dans un mode de réalisation, illustré en Figure 6, la face 5 comprend une ouverture 13 centrale. Le résonateur comprend en outre un pied 21 de liaison entre le résonateur 3 et l'embase 2, disposé au niveau du 30 prolongement de l'ouverture centrale 13. Le pied est disposé à l'intérieur du corps du résonateur. Le pied 21 permet de faire passer au moins une connexion 15 électrique, permettant de connecter les modules 18 de commande et de traitement de la vibration disposés dans l'embase 2 et les éléments piézoélectriques 10. Le pied 21 sert également de liaison mécanique entre le résonateur 3 et l'embase 2, notamment par complémentarité de forme avec un évidement 30 de l'embase 2.
Ce mode de réalisation permet d'obtenir un gyroscope très compact. II est également possible de prévoir des ouvertures 13 supplémentaires dans la face 5, comme évoqué précédemment. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un gyroscope 1 vibrant tel que décrit précédemment. Le procédé, illustré en 10 Figure 7, comprend des étapes consistant à : fournir une embase 2 (étape E1), former un résonateur 3, comprenant un corps 4 de forme généralement cylindrique se terminant par une face 5 distale, du côté opposé à l'embase 2, ladite face 5 comprenant au moins une 15 ouverture 13 débouchante (étape E2), disposer une pluralité d'éléments 10 piézoélectriques en contact du résonateur 3, de préférence sur la face 5 (étape E3), assembler mécaniquement le résonateur 3 sur l'embase 2 (étape E4), 20 disposer, au moins en partie, des modules 18 de commande et de traitement de la vibration dans l'embase 2 (étape E5), et connecter électriquement lesdits modules 18 de l'embase 2 et la pluralité d'éléments 10 piézo-électriques, via au moins une connexion 15 électrique traversant l'intérieur du corps 4 du 25 résonateur 3 à travers ladite ouverture 13, pour la commande et la mesure de la vibration du résonateur 3 (étape E6). En général, le résonateur 3 est fixé sur l'embase 2 par brasage. De manière classique, le procédé comprend également une étape de dégazage, et une étape de fermeture sous vide par l'intermédiaire d'un 30 capot de protection recouvrant l'ensemble. Grâce au procédé selon l'invention, le gyroscope est beaucoup plus facile à fabriquer, notamment au niveau des connexions électriques à mettre en place, qui peuvent être réalisées par exemple par un procédé de « bonding » entre les éléments piézoélectriques 10 et la carte d'interconnexion 20. On a illustré en Figure 8 un mode de réalisation de la commande et de traitement de la vibration dans un gyroscope selon l'invention.
Ceci est notamment réalisé grâce aux modules 18 de commande et de traitement de la vibration, qui sont disposés, au moins en partie, dans l'embase 2. Bien sûr, une partie des modules 18 peut être disposée en dehors du gyroscope 1, par exemple sur une carte électronique placée à proximité du gyroscope 1.
De manière générale, les modules 18 de commande et de traitement de la vibration sont adaptés pour entretenir la vibration du résonateur, en coopération avec les éléments piézoélectriques 10, et pour mesurer les vibrations induites dans le résonateur. Ils comprennent le plus souvent un ou plusieurs générateurs de signaux électriques, et des modules électriques comme des amplificateurs, filtres, multiplicateur, additionneur, soustracteur ou autre. Les modules 18 sont adaptés pour traiter le signal mesuré pour en déduire un angle de rotation et/ou une vitesse de rotation autour de l'axe z du corps cylindrique du résonateur 3.
Les modules 18 constituent donc à la fois un circuit d'excitation de la vibration et d'un circuit de détection/traitement. En général, le circuit d'excitation est en boucle fermée pour donner à la vibration d'excitation du résonateur une amplitude constante et une pulsation égale à la pulsation du mode propre de vibration.
Il est entendu que divers modes de réalisation desdits modules sont possibles. La commande et le traitement de la vibration du résonateur du cylindre sont largement connus de l'état de la technique. Différents types de mise en ceuvre sont possible, par exemple : mode gyromètre boucle ouverte, mode gyromètre boucle fermée, mode gyroscope.
On a représenté en Figure 8 un mode de réalisation de commande et de traitement de la vibration du résonateur 3 en mode gyromètre boucle fermée.
Le gyroscope comprend huit éléments 10 piézoélectriques disposés entre les ouvertures de la face 5 du résonateur 3. Ces éléments ont avantageusement la forme de pastilles rectangulaires, réparties de manière régulière autour de la circonférence de la face 5 du résonateur 3.
Un générateur 25 de signaux électriques excite les éléments piézoélectriques 10a, 10e, disposés au niveau d'un premier axe des ventres du premier mode de vibration du résonateur (axe x). Une unité de mesure 26 reçoit les signaux mesurés par les éléments piézoélectriques 10c, 10g, disposés au niveau d'un second axe des ventres 10 du premier mode de vibration du résonateur (axe y). L'unité de mesure 26 compare l'amplitude du premier mode de vibration à une valeur de consigne et transmet au générateur 25 un signal d'écart par rapport à cette consigne afin de modifier la valeur des signaux d'excitation de la vibration et réaliser un asservissement d'amplitude. 15 La rotation du résonateur induit un second mode de vibration elliptique 52, dont les axes principaux xi, y, sont situés à 45° des axes x, y. Une unité de mesure 27 reçoit les signaux mesurés par les éléments piézoélectriques 10b, 10f, disposés au niveau d'un premier axe des ventres du second mode de vibration du résonateur (axe x,), disposé à 45° des 20 axes x,y. En fonctionnement en boucle fermée, une unité de traitement 28 reçoit un signal de l'unité de mesure 27 représentant l'amplitude des signaux reçus par l'unité de mesure 27, et en déduit les signaux d'excitation à envoyer aux éléments piézoélectriques 10d, 10h, disposés au niveau d'un 25 second axe des ventres du second mode de vibration du résonateur (axe pour annuler l'amplitude des signaux détectés par l'unité de mesure 27. A partir de l'amplitude de ces signaux d'excitation, l'unité de mesure 27 déduit un signal représentatif de la vitesse de rotation angulaire O. On a représenté en Figure 9 un autre mode de réalisation de la 30 commande et du traitement de la vibration du résonateur. Chacun des éléments piézoélectriques 10 comprend à la fois un sous-élément 23 piézoélectrique apte à exciter le résonateur en vibration et un sous-élément 24 piézoélectrique apte à détecter des vibrations du résonateur. Les sous-éléments 23, 24 ont avantageusement la forme de pastilles rectangulaires.
Ces sous-éléments 23, 24 peuvent être soit distincts, soit former des zones contigües d'un même élément 10. La face du résonateur comprend sur chaque axe du premier et du deuxième mode de vibration deux éléments 10 piézoélectriques, chaque élément 10 piézoélectrique comprenant à la fois au moins un sous-élément piézoélectrique 23 apte à exciter le résonateur en vibration et au moins un sous-élément piézoélectrique 24 apte à détecter des vibrations du résonateur. Les éléments 10 piézoélectriques sont disposés de part et d'autre du centre de la face du résonateur. On a donc ici seize éléments 23, 24 piézoélectriques, huit en 15 excitation et huit en mesure. Ce mode de réalisation permet de rejeter des modes de vibration parasite pouvant apparaître dans le résonateur, ce qui n'était pas possible avec uniquement huit éléments piézoélectriques. En général, le traitement consiste à, pour chaque mode de vibration, 20 obtenir un signal traité égal à la somme des mesures des sous-éléments piézoélectriques situés sur les ventres présentant une amplitude d'un signe donné, moins la somme des mesures des sous-éléments piézoélectriques situés sur les ventres présentant une amplitude d'un signe opposé au signe donné, ledit signal traité permettant de rejeter des modes de vibration 25 parasites du résonateur. Le signe des amplitudes des ventres (maxima d'amplitude de la vibration) est défini à un instant de vibration donné, puisque celui-ci varie alternativement. Bien sûr, il est possible de généraliser ce mode de réalisation au cas où le premier et le deuxième modes de vibration présentent chacun des 30 ventres répartis sur n axes, et dans ce cas, chacun des n axes comprend deux éléments piézoélectriques 10 comprenant à la fois au moins un sous-élément 23 d'excitation et au moins un sous-élément 24 de détection.
Les quatre sous-éléments piézo-électriques 24a, 24c, 24e et 24g, disposées selon les axes x,y du premier mode de vibration (axe des ventres), fournissent des signaux de sortie proportionnels chacun à l'élongation de la vibration du résonateur et qui sont combinés dans un soustracteur 28 pour fournir le signal d'entrée d'un circuit d'excitation 29 à asservissement d'amplitude et de phase. Le circuit représenté à titre d'exemple comprend un amplificateur 30 qui attaque un multiplieur 31 par l'intermédiaire d'un filtre 32 piloté par une chaîne de régulation de phase.
Le gain du multiplieur 31 est commandé par la chaîne de régulation d'amplitude 33 qui reçoit d'une part le signal de sortie de l'amplificateur 30, d'autre part un signal de référence REF, représentatif de l'amplitude à maintenir. Le filtre 32 (filtre actif en général) est commandé de son côté par un comparateur de phase 40 qui reçoit d'une part le signal de sortie de l'amplificateur 30, et d'autre part le signal de sortie du circuit, provenant du multiplieur 31. Le comparateur de phase 40 commande le filtre 32 de façon à maintenir le déphasage à une valeur constante, généralement nulle. Le signal de sortie du circuit 29 attaque les sous-éléments piézoélectriques 23a, 23c, 23e, 23g par l'intermédiaire d'un inverseur 34, inversant la polarité des signaux appliqués aux éléments 23c et 23g. Les quatre sous-éléments piézoélectriques 241), 24d, 24f, 24h, fournissent des signaux qui sont combinés dans un soustracteur 41 pour constituer le signal d'entrée du circuit de mesure 42, en mode gyromètre boucle fermée. Le circuit 42 peut avoir une constitution de type connu. Le circuit représenté comprend un amplificateur d'entrée 43 suivi d'un démodulateur synchrone 44 qui reçoit un signal de référence constitué par un signal de sortie du circuit 29.
Le signal démodulé est appliqué à un filtre passe-bas 45 dont la sortie 46 est représentative de la vitesse de rotation angulaire 0. Le bouclage en mode gyromètre est assuré par une liaison entre la sortie de l'amplificateur 43 et les sous-éléments piézoélectriques 231), 23d, 23f, 23h, par l'intermédiaire d'un modulateur 47, d'un amplificateur 48 et d'un inverseur 49, inversant la polarité des signaux appliqués aux éléments 23d et 23h. On peut se dispenser des soustracteurs 28 et 41 et des inverseurs 5 34 et 49 en orientant de façon appropriée, les uns par rapport aux autres, les vecteurs polarisation des pastilles piézoélectriques 23, 24. Comme on l'a indiqué plus haut, l'invention est susceptible de nombreuses variantes de réalisation, notamment en ce qui concerne la constitution des modules 18 de commande et de traitement associés au 10 résonateur mécanique. L'homme du métier comprend que les modules 18 de commande et de traitement de la vibration qui viennent d'être décrits ne sont pas limitatifs de l'invention, et que diverses implémentations et variantes sont possibles. Comme le comprend l'homme du métier, le gyroscope selon 15 l'invention est plus compact, plus simple et moins coûteux à fabriquer. De plus, il présente une dérive angulaire plus faible que certains gyroscopes de l'art antérieur (environ 10°/H dans certains modes de réalisation). Enfin, l'invention permet d'obtenir un gyroscope moins sensible à l'environnement vibratoire, ce qui est très avantageux. 20
Claims (10)
- REVENDICATIONS, 1. Gyroscope (1) vibrant, caractérisé en ce qu'il comprend : une embase (2), un résonateur (3), comprenant un corps (4) de forme généralement cylindrique se terminant par une face (5) distale, du côté opposé à l'embase (2), ladite face (5) comprenant au moins une ouverture (13) débouchante, une pluralité d'éléments (10) piézoélectriques, disposés en contact du résonateur (3), des modules (18) de commande et de traitement de la vibration, disposés, au moins en partie, dans l'embase (2), et au moins une connexion (15) électrique, traversant le corps (4) du résonateur (3) à travers ladite ouverture (13), et connectant électriquement lesdits modules (18) de l'embase (2) et la pluralité d'éléments (10) 15 piézoélectriques, pour la commande et la mesure de la vibration du résonateur (3).
- 2. Gyroscope (1) selon la revendication 1, dans lequel : ladite face (5) comprend une pluralité d'ouvertures (13) 20 débouchantes disposées sur sa circonférence, et ledit gyroscope (1) comprend en outre une pluralité de connexions (15) électriques traversant au moins un sous-ensemble desdites ouvertures (13), pour la connexion électrique des modules (18) de l'embase (2) avec la pluralité d'éléments (10) piézo-électriques. 25
- 3. Gyroscope (1) selon la revendication 2, dans lequel : les ouvertures (13) sont disposées sensiblement régulièrement sur la circonférence de la face (5), et les éléments (10) piézoélectriques sont disposés entre lesdites 30 ouvertures (13).
- 4. Gyroscope (1) selon l'une des revendications 1 à 3, comprenant un circuit d'interconnexion (20) reliant la pluralité de connexion (15) électriques, et étant connecté aux éléments (10) piézoélectriques.
- 5. Gyroscope (1) selon la revendication 1, comprenant un pied (21) de liaison entre le résonateur (3) et l'embase (2), ledit pied (21) étant disposé au niveau du prolongement d'une ouverture (13) centrale de la face (5) du résonateur.
- 6. Gyroscope (1) selon la revendication 5, dans lequel les modules (18) de commande et de traitement de l'embase (2) et les éléments (10) piézoélectriques sont liés par au moins une connexion électrique traversant le pied (21) de liaison.
- 7. Gyroscope (1) selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel : - une partie des éléments (10) piézoélectriques est apte à détecter des vibrations du résonateur, et - l'autre partie des éléments (10) piézoélectriques est apte à exciter le résonateur en vibration.
- 8. Gyroscope (1) selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel chaque élément (10) piézoélectrique comprend à la fois un sous-élément (23) apte à détecter des vibrations du résonateur et un sous-élément (24) apte à exciter le résonateur en vibration.
- 9. Gyroscope selon la revendication 8, dans lequel le résonateur est apte à vibrer selon un premier mode de vibration comprenant des ventres répartis sur deux axes, un second mode de vibration comprenant des ventres répartis sur deux autres axes, la face du résonateur comprenant sur chaque axe du premier et du deuxième mode de vibration deux éléments (10) piézoélectriques, chaque élément (10) piézoélectrique comprenant à la fois au moins un sous-élément piézoélectrique (23) apte à exciter le résonateur en vibration et au moins un sous-élément piézoélectrique (24) apte à détecter des vibrations du résonateur.
- 10. Procédé de fabrication d'un gyroscope (1) vibrant, comprenant les étapes consistant à : fournir une embase (2), former un résonateur (3), comprenant un corps (4) de forme généralement cylindrique se terminant par une face (5) distale, du côté opposé à l'embase (2), ladite face (5) comprenant au moins une ouverture (13) débouchante, disposer une pluralité d'éléments (10) piézoélectriques en contact du résonateur (3), assembler mécaniquement le résonateur (3) sur l'embase (2), disposer des modules (18) de commande et de traitement de la vibration dans l'embase (2), et connecter électriquement lesdits modules (18) de l'embase (2) et la pluralité d'éléments (10) piézoélectriques, via au moins une connexion (15) électrique traversant le corps (4) du résonateur (3) à travers ladite ouverture (13), pour la commande et la mesure de la vibration du résonateur (3).
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