WO1988006275A2 - Gyrometre laser, dispositif d'elimination des rotations parasites des miroirs piezoelectriques - Google Patents

Gyrometre laser, dispositif d'elimination des rotations parasites des miroirs piezoelectriques Download PDF

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WO1988006275A2
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piezoelectric
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parasitic rotations
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Bernard Lucien Charles De Salaberry
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Salaberry Bernard Lucien Charl
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    • G01C19/68—Lock-in prevention
    • G01C19/70—Lock-in prevention by mechanical means

Definitions

  • the present invention relates to a device intended to suppress parasitic rotations of the mobile mirror (s) of laser gyros, under the effect of accelerations due to mechanical activation or to certain vibrations.
  • This invention applies to all triangular or square, single-axis or multi-axis laser gyros. It can also be applied to any laser provided with a cavity length servo by movable mirror.
  • Laser gyros called in the following gyros, are generally made up of: 15
  • the optical unit of the gyrolaser is generally driven by an alternating angular movement of small amplitude, about an axis generally perpendicular to the plane of the optical cavity and which can be the axis of symmetry of said optical unit.
  • the frequency of the reciprocating movement is chosen so that the angular speed of the optical unit is most of the time outside the blind zone.
  • This movement is created by an oscillating device made up of an elastic assembly generally placed inside and in the center of the optical unit.
  • the inertia of the block determines, with the stiffness of the elastic assembly, an oscillation frequency which will be maintained by a piezoelectric or electromagnetic motor system, controlled by a suitable electronic circuit.
  • This oscillation movement also called activation, causes accelerations on the different parts of the optical unit. These accelerations are all the more important that the point in question is from the axis of the device ⁇ and the frequency chosen for 1 activation is elevated.
  • the optical unit itself is not very sensitive to the deformations that could result from these accelerations. It is not the same for certain peripheral elements such as movable mirrors which are used to adjust the length of cavity. These mirrors are also called piezoelectric mirrors because they are generally moved by a set of piezoelectric ceramics.
  • these piezoelectric mirrors can deform and rotate around an axis parallel to the activation axis. This rotation, although very low, affects the performance of the gyrolasers.
  • the object of the present invention is to completely eliminate parasitic rotations from mobile mirrors.
  • piezoelectric by correcting them by equal and opposite forces to the inertial forces which create these parasitic rotations, and this by means of elastic means, preferably suitably tared springs, fixed on the part of the piezoelectric mirror preferably the most distant from the center of rotation of the activation, preferably based on the fixed structure of the laser gyro and a component of the forces they exert acts in the direction of the movements made by the mirrors under the effect of the activation.
  • FIG. 1 recalls the principle of making a typical laser gyro
  • FIG. 2 shows, in top view, the direction of the different forces acting on the piezoelectric mirror (s) and due to the activation movements
  • FIG. 3 shows the distortion and the parasitic rotation of the piezoelectric mirror under the effect of the accelerations of
  • FIG. 4 shows the principle of the invention, where springs suitably placed act on the piezoelectric mirror to counter the deformations
  • FIG. 5 shows, in side view, a preferred embodiment of the invention, using leaf-shaped springs
  • FIG. 6 is a top view of the embodiment of FIG. 5
  • FIG. 7 shows, in side view, a variant of the device of FIG. 5 where 'the springs press on an extension of the central part of the piezoelectric mirror
  • FIG. 8 is a top view of the embodiment of FIG. 7,
  • Figure 9 shows, in side view, a second variant of the device of Figure 5 where the leaf-shaped springs press on a shoulder placed at the periphery of the piezoelectric mirror,
  • Figure 10 is a top view of the embodiment of Figure 9
  • Figure 11 shows, in side view, a variant of the device of Figure 7 where the leaf-shaped springs bear on a shoulder at the end of the central part of the piezoelectric mirror,
  • FIG. 12 is a top view of the embodiment of FIG. 11,
  • Figure 13 shows, in side view, a third variant of the device of Figure 5 where the wire-shaped springs press on a groove placed at the periphery of the piezoelectric mirror
  • Figure 14 is a top view of the realization of Figure 13
  • FIG. 15 shows, in side view, a second variant of the device in FIG. 7 where the wire-shaped springs press on a groove at the end of the central part of the piezoelectric mirror,
  • FIG. 16 is a top view of the embodiment of FIG. 15,
  • FIG. 17 shows, in side view, a fourth variant of the device of FIG. 7 where the leaf-shaped springs are provided with a flap,
  • FIG. 18 is a top view of the embodiment of FIG. 17,
  • FIG. 19 illustrates an embodiment by folding the leaf-shaped springs
  • FIG. 20 illustrates a second embodiment of the springs of FIG. 19,
  • FIG. 21 illustrates a second defect of the laser gyro which can be corrected by the device of the invention.
  • FIG. 22 shows, in side view, a preferred variant of the device in FIG. 11 where the leaf-shaped springs correct the two faults
  • FIG. 23 illustrates an embodiment by folding the leaf-shaped springs of the device of FIG. 22,
  • FIG. 24 shows, in side view, a preferred variant of the device of FIG. 7 where the leaf-shaped springs correct the two faults,
  • FIG. 25 is a top view of the embodiment of FIG. 24,
  • Figure 26 shows, in top view, a variant of the device of Figure 25 adapted to a variant of the piezoelectric mirror
  • FIG. 27 is a top view of a second embodiment of FIG. 26,
  • FIG. 28 shows a side view of a variant of the device in FIG. 22 where the springs are produced in the form of a cross
  • FIG. 29 is a top view of the embodiment of FIG. 28,
  • the laser gyroscope consists of an optical unit 1, mounted oscillating around an axis 16, thanks to a system of elastic blades 8 excited by piezoelectric ceramics 9 which cause displacement angular 18, said axis 16 being fixed on a support or base 25.
  • the path is closed by mirrors 2 and one or more movable mirrors 10, driven by one or more piezoelectric motors 11.
  • a movable mirror 10 and a piezoelectric motor 11 constitute the piezoelectric mirror assembly, of which many variants may exist.
  • FIG. 2 represents a part of the optical unit 1 of the gyrolaser and the piezoelectric mirror. This generally consists of:
  • an external fixed part 12 generally cylindrical, but which could take any other form while remaining within the scope of the invention.
  • This movable part carries at its end, located on the side of the optical unit, a reflecting part 15 constituting the mirror itself.
  • piezoelectric motor for which there are very many implementation solutions.
  • One of the commonly adopted solutions consists in using a piezoelectric bimetallic strip 11 fixed by a set of metal parts on the external part 12 already described.
  • FIG. 3 shows, by exaggerating it, the deformation which occurs and the parasitic rotation of the mirror.
  • the ⁇ mplitude peak movement of activation is ⁇ .
  • the inertial force 19 drives the parts of the piezoelectric mirror in the direction of arrow 19.
  • the outer part 12 is deformed as shown in Figure 3.
  • the membranes 14 are also deformed as shown in the figure and the assembly rotates the central part 13 which will form an angle ⁇ with its initial position.
  • This angle ⁇ which varies in synchronism with the activation, can be very troublesome for the performance of the laser gyro.
  • FIG. 4 illustrates the principle of the present invention which tends to suppress the parasitic rotation ⁇ .
  • one or more springs 20 and 21 are placed between the outermost part of the piezoelectric mirror assembly (generally the motor) and the fixed structure 22 so that the springs are alternately compressed 20 and stretched 21 by the activation movements. Therefore, the springs will exert on the piezoelectric mirror, phase contrast strongly with the movement and therefore in opposition to the inertial forces that tend to distort the piezoelectric assembly and to 'turn the mirror. If the springs are properly calculated and adjusted, the force they exert can perfectly compensate for the inertia force and cancel the initial deformation as well as the parasitic rotation ⁇ .
  • the mass of the piezoelectric mirror to an equivalent mass m placed at point A, at the right and in the axis of the springs, and if the frequency of activation is f , the total stiffness of the spring (s) must be:
  • FIGS 5 and 6 explain a first embodiment of the invention where two blades 24 made of spring material are fixed to the base 25 of the laser gyro by two screws 26 and press on the sides of the outermost part of the assembly piezoelectric mirror.
  • the camber initial blades is such that they will remain in contact with the piezoelectric mirror assembly during all activation movements.
  • FIGS. 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 22, 24 and 28 show the principle of a variant of the device according to the invention or the springs 24, instead of acting on the external part 23 act on the central part 13 of the piezoelectric mirror assembly, while still resting on the fixed structure 25.
  • this central part 13 is extended outwards, for example by a part 42 preferably in the form of a rod fitted into a hole 44 drilled in said central part 13 and passing through the piezoelectric ceramic bimetallic strip 11 through a hole 52 which has been drilled there.
  • these can also advantageously be produced in the form of wires 27 as they are shown in FIGS. 13 and 14, in the case of the device in FIG. 5, and in FIGS. 15 and 16 in the case of the device in FIG. 7.
  • Said wires, bearing in two grooves 26 hollowed out circularly or not around the periphery of the end of the piezoelectric assembly or of the rod 42, can be simply sunk and glued into two holes 29 previously drilled in the base 25 of the laser gyro.
  • the distance separating the two holes being chosen such that it gives, once the assembly is completed, an initial stress on the two wires sufficient to maintain them in pressure when the piezoelectric assembly moves under the effect of one activation.
  • the two wires can of course be fixed by any other means without departing from the scope of the invention.
  • FIG. 17 and 18 Another embodiment of the invention is shown in Figures 17 and 18.
  • the spring leaves as defined in Figures 5 and 6, are provided with flaps 30 which come to bear on the outside of the piezoelectric mirror assembly.
  • Figures 19 and 20 show two embodiments of a set of two leaf springs by cutting and folding from a strip of spring quality material. There too, the initial camber, and therefore the spacing of the two blades before mounting is such that they will remain under stress despite the activation movements.
  • Figure 22 shows an improvement of the previous device which overcomes another defect in the laser gyro. Indeed, the whole optical unit, activation mechanism and base is not infinitely stiff. It can have a resonance under the effect of vibrations applied to the base of the laser gyro and parallel to it.
  • the arrow 31 in FIG. 21 presents this resonant movement, around a center of rotation 35 whose position depends on the geometry of the parts, under the effect of the excitation in vibration 32.
  • This resonance produces, at the level of the piezoelectric assembly, an alternative acceleration 33 of which one of the components 34 tends to deform the piezoelectric mirror and to misalign the optical cavity as will be understood by those skilled in the art.
  • FIG. 22 makes it possible to introduce a force parallel to the acceleration 34, equal to and opposite to the inertial forces so that, here too, the deformations can be canceled.
  • the blades have horizontal parts 37 and vertical parts 41.
  • said blades are fixed to the fulcrum 36, glued for example, and have, by the effect of the horizontal parts 37, a vertical stiffness R calculated to compensate for the effect of the oscillations described above.
  • Figure 22 shows this embodiment with the vertical part 41 of the springs devoid of the flaps 30 for clarity of the drawing.
  • Figure 23 shows an embodiment of the spring assembly used in the assembly of Figure 22, obtained by cutting and folding where the horizontal 37 and vertical parts 41 appear clearly. Note that the stiffness r and R are in fact distributed over the vertical and horizontal parts and that it will be necessary to take this into account in the calculation of sizing of the blades.
  • the embodiment of FIGS. 24 and 25 makes it possible to carry out the same compensation for the two faults by pressing on the central part of the piezoelectric mirror via the part 42.
  • the optical unit will have the same transverse resonance. In this case, the movements of the piezoelectric mirror will be very small, and the device of the invention will not cause disturbance.
  • FIG. 26 shows an embodiment of the invention applied to a piezoelectric mirror assembly the motor of which consists of two circular piezoelectric ceramics 47, bonded on either side of a thin outer membrane 48, itself fixed on the central 13 and outer 12 parts of the movable mirror, by gluing or by any other means.
  • the rod 42 can advantageously be replaced by a part 49 fixed and preferably bonded to the outside 50 of the membrane and in the axis of the central part 13.
  • the shape of the support points of the springs on this piece 49, preferably spherical, and the type of springs used can be any one of those already described.
  • Another embodiment of the invention consists in using a spider 38, comprising two branches 39 and 40 as shown in FIGS. 28 and 29.
  • the two horizontal branches 39 of the spider are fixed to the edges of the piezoelectric assembly.
  • Their total stiffness R is chosen to compensate for the deformation of the piezoelectric assembly due to the resonance of the laser gyro to horizontal vibrations.
  • the two vertical branches 40 are fixed on the external structure 41 or on the housing of the laser gyro 25. Their total stiffness is chosen to compensate for the deformation of the piezoelectric assembly due to the activation movements. It is of course possible to reverse the roles of the horizontal and vertical branches or to remove one of the branches from the crosspiece.
  • any kind or arrangement of means can be used to apply forces to the piezoelectric assembly so as to deform it or counter its deformations.

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Abstract

Dispositif de suppression des rotations parasites des miroirs mobiles (15) des gyrolasers qui sont mus par des céramiques piézoélectriques (11). Ces rotations parasites sont dues aux déformations des parties externes (12) constituant le corps du miroir mobile et fixées au bloc optique (1) sous l'effet des accélérations du mouvement d'activation. Ces rotations parasites sont corrigées dans l'invention par des ressorts (24), fixés à la structure extérieure du gyrolaser, qui appuient sur une partie extérieure de l'ensemble miroir piézoélectrique, la plus éloignée de l'axe d'activation du gyrolaser et qui redressent ainsi les parties externes (12). L'invention s'applique à tous lasers et notamment aux gyrolasers.

Description

GYROMETRELASER, DISPOSITIF D'ELIMINATION DES ROTATIONS PARASITES DES MIROIRS PIEZOELECTRIQUES.
La présente invention concerne un dispositif destiné à supprimer les rotations parasites du ou des miroirs mobiles des gyrometres à laser, sous l'effet des accélérations dues à l'activation mécanique ou à certaines vibrations.
5 Cette invention s'applique à tous les gyrometres laser triangulaires ou carrés, monoaxes ou multiaxes. Elle peut également s'appliquer à tout laser muni d'un asservissement de longueur de cavité par miroir mobile.
Le principe de fonctionnement des gyrometres à laser est
10 maintenant bien connu et l'homme de l'art n'aura aucune peine à suivre les explications qui vont suivre.
Les gyrometres à laser, appelés dans ce qui va suivre gyrolasers, sont généralement constitu-.s : 15
- d'un parcours optique triangulaire ou carré, creusé dans un bloc optique en matériau isolant et à faible coefficient de dilatation. Ledit parcours optique étant délimité par trois ou quatre miroirs fixés sur ledit
20 bloc,
- d'un milieu amplificateur, permettant de générer dans la cavité optique deux ondes lumineuses tournant l'une dans un sens et l'autre dans l'autre, les interférences
25 entre ces deux ondes vont permettre la mesure de la rotation du gyrolaser autour d'un axe perpendiculaire au plan de la cavité optique,
- d'un dispositif de mélange des ondes lumineuses, pour 30 créer des franges d'interférence sur un ensemble de cellules photoélectriques. Le défilement desdites franges représentant la rotation angulaire du gyrolaser, sera transformé par lesdites cellules photoélectriques en signaux électriques utilisables. 5
Pour éviter les effets du phénomène bien connu de blocage entre les deux ondes lumineuses circulant dans le parcours optique (zone aveugle) , le bloc optique du gyrolaser est généralement animé d 'un mouvement angulaire alternatif de faible amplitude, autour d'un axe généralement perpendiculaire au plan de la cavité optique et qui peut être l ' axe de symétrie dudit bloc optique. La fréquence du mouvement alternatif est choisie de telle façon que la vitesse angulaire du bloc optique soit la plus grande partie du temps en dehors de la zone aveugle.
Ce mouvement est créé par un dispositif oscillant constitué d' un ensemble élastique généralement placé à l ' intérieur et au centre du bloc optique . L ' inertie du bloc détermine , avec la raideur de l ' ensemble élastique une fréquence d' oscillation qui sera entretenue par un système de moteur piézoélectrique ou électromagnétique, commandé par un circuit électronique adéquat . Ce mouvement d' oscillation, appelé encore activation, entraîne des accélérations sur les différentes parties du bloc optique . Ces accélérations sont d' autant plus importantes que le point considéré est éloigné de l τaxe du dispositif et que la fréquence choisie pour 1 ' activation est élevée . Le bloc optique lui-même est assez peu sensible aux déformations que pourraient entraîner ces accélérations . Il n ' en est pas de même de certains éléments périphériques tels que les miroirs mobiles qui servent à ajuster la longueur de cavité . Ces miroirs sont encore appelés miroirs piézoélectriques parce qu' ils sont généralement mus par un ensemble de céramiques piézoélectriques .
Sous l ' effet des accélérations alternatives d' activation qui sont bien entendu tangentes aux mouvements de chaque points, ces miroirs piézoélectriques peuvent se déformer et tourner autour d'un axe parallèle à l ' axe d' activation. Cette rotation, bien que très faible, nuit aux performances des gyrolasers .
Par une conception bien adaptée du miroir piézoélectrique, il peut être possible de diminuer ces rotations parasites, mais il est très difficile de les éliminer complètement .
La présente invention a pour ob j et d ' éliminer complètement les rotations parasites des miroirs mobiles piézoélectriques en les corrigeant par des forces égales et opposées aux forces d'inertie qui créent ces rotations parasites, et ceci à l'aide de moyens élastiques, préférentiellement des ressorts convenablement tarés , fixés sur la partie du miroir piézoélectrique de préférence la plus éloignée du centre de rotation de 1 'activation, prenant appui préférentiellement sur la structure fixe du gyrolaser et dont une composante des forces qu'ils exercent agit dans la direction des mouvements que font les miroirs sous l'effet de 1 'activation.
Des modes de réalisation de l'invention seront décrits ci-après, à titre d'exemple non limitatifs, avec référence aux dessins annexés dans lesquels :
La figure 1 rappelle le principe de réalisation d'un gyrolaser typique,
La figure 2 montre, en vue de dessus, la direction des différentes forces agissant sur le ou les miroirs piézoélectriques et dues aux mouvements d'activation,
La figure 3 montre la déformation et la rotation parasite du miroir piézoélectrique sous l'effet des accélérations de
1 'activation,
La figure 4 montre le principe de l'invention, où des ressorts convenablement placés agissent sur le miroir piézoélectrique pour contrer les déformations,
La figure 5 montre, en vue de coté, une réalisation préférée de l'invention, utilisant des ressorts en forme de lames, La figure 6 est une vue de dessus de la réalisation de la figure 5,
La figure 7 montre, en vue de coté, une variante du dispositif de la figure 5 où 'les ressorts appuient sur un prolongement de la partie centrale du miroir piézoélectrique, La figure 8 est une vue de dessus de la réalisation de la figure 7,
La figure 9 montre, en vue de coté, une deuxième variante du dispositif de la figure 5 où les ressorts en forme de lame appuient sur un épaulement placé à la périphérie du miroir piézoélectrique,
La figure 10 est une vue de dessus de la réalisation de la figure 9, La figure 11 montre, en vue de coté, une variante du dispositif de la figure 7 où les ressorts en forme de lames appuient sur un épaulement à l'extrémité de la partie centrale du miroir piézoélectrique,
La figure 12 est une vue de dessus de la réalisation de la figure 11,
La figure 13 montre, en vue de coté, une troisième variante du dispositif de la figure 5 où les ressorts en forme de fils appuient sur une gorge placée à la périphérie du miroir piézoélectrique, La figure 14 est une vue de dessus de la réalisation de la figure 13,
La figure 15 montre, en vue de coté, une deuxième variante du dispositif de la figure 7 où les ressorts en forme de fils appuient sur une gorge à l'extrémité de la partie centrale du miroir piézoélectrique,
La figure 16 est une vue de dessus de la réalisation de la figure 15,
La figure 17 montre, en vue de coté, une quatrième variante du dispositif de la figure 7 où les ressorts en forme de lames sont munis de rabat,
La figure 18 est une vue de dessus de la réalisation de la figure 17,
La figure 19 illustre un mode de réalisation par pliage des ressorts en forme de lames, La figure 20 illustre un second mode de réalisation des ressorts de la figure 19,
La figure 21 illustre un second défaut du gyrolaser qui peut être corrigé par le dispositif de l'invention.
La figure 22 montre, en vue de coté, une variante préférée du dispositif de la figure 11 où les ressorts en forme de lames corrigent les deux défauts,
La figure 23 illustre un mode de réalisation par pliage des ressorts en forme de lames du dispositif de la figure 22, La figure 24 montre, en vue de coté, une variante préférée du dispositif de la figure 7 où les ressorts en forme de lames corrigent les deux défauts,
La figure 25 est une vue de dessus de la réalisation de la figure 24,
La figure 26 montre, en vue de dessus, une variante du dispositif de la figure 25 adaptée à une variante du miroir piézoélectrique
La figure 27 est une vue de dessus d'un second mode de réalisation de la figure 26,
La figure 28 montre en vue de coté, une variante du dispositif de la figure 22 où les ressorts sont réalisés sous la forme d'un croisillon,
La figure 29 est une vue de dessus de la réalisation de la figure 28,
Tel qu'il est représenté sur la figure 1, le gyromètre laser est constitué d'un bloc optique 1, monté oscillant autour d'un axe 16, grâce à un système de lames élastiques 8 excitées par des céramiques piézoélectriques 9 qui entraînent un déplacement angulaire 18, ledit axe 16 étant fixé sur un support ou socle 25.
Un parcours optique triangulaire ou carré est creusé 'dans le bloc et rempli d'un mélange d'hélium et de néon excité par un courant électrique passant entre une ou plusieurs cathodes 4 et une ou plusieurs anodes 5.
Le parcours est fermé par des miroirs 2 et un ou plusieurs miroirs mobiles 10, mus par un ou plusieurs moteurs piézoélectriques 11. Un miroir mobile 10 et un moteur piézoélectrique 11 constituent l'ensemble miroir piézoélectrique dont de nombreuses variantes peuvent exister.
Un système de sortie des informations est placé sur l'un des miroirs 2 et est généralement constitué d'au 'moins un prisme de mélange 6 et d'un ensemble de cellules photoélectriques 7. La figure 2 représente une partie du bloc optique 1 du gyrolaser et le miroir piézoélectrique . Celui-ci est généralement constitué :
- d ' une partie fixe extérieure 12 , généralement cylindrique, mais qui pourrait prendre toute autre forme en restant dans le cadre de 1 ' invention .
- d'une partie mobile intérieure 13 maintenue dans la partie fixe par une ou plusieurs membranes fines 14 qui lui permettent de se déplacer suivant son axe de quelques microns . Cette partie mobile porte à son extrémité, située du côté du bloc optique, une partie réfléchissante 15 constituant le miroir proprement dit .
- d'un moteur piézoélectrique pour lequel il existe de très nombreuses solution de réalisation. L'une des solutions couramment adoptée consiste à utiliser un bilame piézoélectrique 11 fixé par un ensemble de pièces métalliques sur la partie extérieure 12 déjà décrite .
L ' ensemble de ces pièces présente une inertie qui s ' oppose à l ' accélération alternative de 1 ' activation . L ' axe de 1 ' activation étant en 16, l ' accélération alternative est figurée par les flèches 17 . Du fait que l ' accélération d' activation 17 est en opposition de phase avec le déplacement angulaire 18 de ladite activation, la force d' inertie 19 opposée à l ' accélération, sera, elle, en phase avec ledit déplacement . La pièce extérieure 12 n' étant pas infiniment rigide aura tendance à se déformer alternativement et dans le même sens 18 que le déplacement du bloc optique 1.
La figure 3 montre, en l ' exagérant, la déformation qui se produit et la rotation parasite du miroir.
Lτ mplitude crête du mouvement d' activation est α. Lorsque le bloc optique est déplacé d'un angle α par le mouvement d' activation, l ' accélération subie par le bloc et donc par le miroir piézoélectrique est maximum et dirigée suivant la flèche 17. La force d'inertie 19 entraîne les pièces du miroir piézoélectrique dans le sens de la flèche 19.
La pièce extérieure 12 se déforme comme l'indique la figure 3. Les membranes 14 se déforment également comme l'indique la figure et l'ensemble entraîne en rotation la partie centrale 13 qui fera un angle β avec sa position initiale.
Cet angle β ,qui varie en synchronisme avec l'activation, peut être très gênant pour les performances du gyrolaser.
La figure 4 illustre le principe de la présente invention qui tend à supprimer la rotation parasite β.
A cet effet, un ou plusieurs ressorts 20 et 21, sont placés entre la partie la plus extérieure de l'ensemble miroir piézoélectrique (généralement le moteur) et la structure fixe 22 de sorte que les ressorts soient alternativement comprimés 20 et étirés 21 par les mouvements de 1'activation. De ce fait, les ressorts vont exercer, sur le miroir piézoélectrique, une force en opposition de phase avec le déplacement et donc en opposition avec les forces d'inertie qui tendent à déformer l'ensemble piézoélectrique et à faire' tourner le miroir. Si les ressorts sont convenablement calculés et réglés, la force qu'ils exercent peut compenser parfaitement la force d'inertie et annuler la déformation initiale ainsi que la rotation parasite β.
A titre indicatif, si l'on ramène, par un calcul adapté, la masse du miroir piézoélectrique à une masse équivalente m placée au point A, au droit et dans l'axe des ressorts, et si la fréquence de l'activation est f, la raideur totale du ou des ressorts doit être:
r = m. (2.π.f) 2-
Les figure 5 et 6 explicitent un premier mode de réalisation de l'invention où deux lames 24 en matériau faisant ressort sont fixées sur le socle 25 du gyrolaser par deux vis 26 et appuient sur les côtés de la partie la plus extérieure de l'ensemble miroir piézoélectrique. La cambrure initiale des lames est telle qu'elles resteront en contact avec l'ensemble miroir piézoélectrique pendant tous les mouvements d'activation.
Pour plus de clarté dans les dessins, le mécanisme d'activation qui lie le bloc optique 1 au socle 25 et qui provoque l'oscillation dudit bloc optique par rapport audit socle, n'est pas représenté sur les figures 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 22, 24 et 28. La figure 7 montre le principe d'une variante du dispositif selon l'invention ou les ressorts 24, au lieu d'agir sur la partie extérieure 23 agissent sur la partie centrale 13 de l'ensemble miroir piézoélectrique, en prenant toujours appui sur la structure fixe 25. Pour ce faire, cette partie centrale 13 est prolongée vers l'extérieur, par exemple par une pièce 42 de préférence en forme de tige emmanchée dans un trou 44 percé dans ladite partie centrale 13 et passant au travers du bilame en céramique piézoélectrique 11 par un trou 52 qui y aura été percé.
L'un des intérêts de cette variante réside dans le fait que, si l'on a choisi une épaisseur de la membrane extérieure 43 relativement fine, son élasticité, sous l'effet des ressorts 24, permettra un déplacement relatif de la partie 13 dans la partie 12, si bien que la force des ressorts pourra être réduite tout en obtenant une compensation parfaite. Dans ce cas, en effet, la partie 12 sera en réalité incomplètement redressée, alors que la figure 8 la montre complètement redressée, mais l'élasticité de la membrane 43 autorisera un redressement complet de la partie 13.
A noter que la force des lames formant ressorts 24 doit également être réduite du fait de l'effet de bras de levier produit par le déport du point d'appui vers l'extérieur de l'ensemble miroir piézoélectrique.
Pour assurer une meilleure définition du point d'appui des ressorts, on pourra avantageusement réaliser un épaulement 31, circulaire ou non, autour de l'extrémité de l'ensemble miroir piézoélectrique, comme le montrent les figures 9 et 10 dans le cas d'une deuxième variante du dispositif de la figure 5.
La même amélioration pourra être réalisé dans le cas du dispositif de la figure 7, en aménageant un épaulement 45, sphérique ou non, autour de l'extrémité de la pièce 42, comme le montrent les figures 11 et 12.
Pour assurer une meilleure définition du point d'appui des ressorts, ceux-ci peuvent également avantageusement être réalisés sous forme de fils 27 tels qu'ils sont montrés sur les figures 13 et 14, dans le cas du dispositif de la figure 5, et sur les figures 15 et 16 dans le cas du dispositif de la figure 7. Lesdits fils, prenant appui dans deux gorges 26 creusées circulairement ou non sur le pourtour de l'extrémité de l'ensemble piézoélectrique ou de la tige 42, peuvent être simplement enfoncés et collés dans deux trous 29 préalablement percés dans le socle 25 du gyrolaser. La distance séparant les deux trous étant choisie telle qu'elle donne, une fois le montage terminé, une contrainte initiale aux deux fils suffisante pour les maintenir en pression lorsque l'ensemble piézoélectrique se déplace sous l'effet de 1 ' activation. Les deux fils peuvent bien entendu être fixés par tout autre moyen sans sortir du cadre de l'invention.
Un autre mode de réalisation de l'invention est présenté sur les figures 17 et 18. Pour assurer une bonne définition du point d'appui, les lames de ressort, telles que définies sur les figures 5 et 6, sont munies de rabats 30 qui viennent prendre appui sur la partie extérieure de l'ensemble miroir piézoélectrique.
Les figures 19 et 20 montrent deux modes de réalisation d'un ensemble de deux lames ressorts par découpe et pliage à partir d'un feuillard d'un matériau de qualité ressort. La aussi, la cambrure initiale, et donc l'espacement des deux lames avant montage est tel que celles-ci resteront en contrainte malgré les mouvements d'activation. La figure 22 présente un perfectionnement du dispositif précédent qui permet de pallier un autre défaut du gyrolaser. En effet, l ' ensemble bloc optique, mécanisme d' activation et socle n ' est pas infiniment raide. Il peut présenter une résonance sous l ' effet des vibrations appliquées au socle du gyrolaser et parallèlement à celui-ci.
La flèche 31 sur la figure 21 présente ce mouvement de résonance, autour d'un centre de rotation 35 dont la position dépend de la géométrie des pièces , sous l ' effet de l 'excitation en vibration 32.
Cette résonance produit , au niveau de l ' ensemble piézoélectrique, une accélération alternative 33 dont l 'une des composantes 34 tend à déformer le miroir piézoélectrique et à désaligner la cavité optique ainsi que l 'homme de l ' art le comprendra aisément.
La réalisation de la figure 22 permet d' introduire une force parallèle à l ' accélération 34, égale et opposée aux forces d ' inertie de sorte que, là aussi, les déformations peuvent être annulées .
Dans cette réalisation, les lames comportent des parties horizontales 37 et des parties verticales 41. Au lieu d' être simplement appuyées sur l ' ensemble piézoélectrique, les dites lames sont fixées au point d' appui 36, collée par exemple, et présentent, par l ' effet des parties horizontales 37, une raideur verticale R calculée pour compenser l ' effet des oscillations ci-dessus décrites .
Si F est la fréquence de résonance transverse, la raideur verticale totale des deux ressorts doit être :
R = m. (2.π.F) 2
La figure 22 montre cette réalisation avec la partie verticale 41 des ressorts dépourvus des rabats 30 pour la clarté du dessin.
La figure 23 montre un mode de réalisation de l'ensemble ressort utilisé sur le montage de la figure 22, obtenu par découpe et pliage où les parties horizontales 37 et verticales 41 apparaissent clairement. A noter que les raideurs r et R sont en réalité réparties sur les parties verticales et horizontales et qu'il faudra en tenir compte dans le calcul de dimensionnement des lames. La réalisation des figures 24 et 25 permet d'effectuer la même compensation des deux défauts en appuyant sur la partie centrale du miroir piézoélectrique par l'intermédiaire de la pièce 42.
Dans cette application des figures 24 et 25, la raideur R devra être réduite pour tenir compte de l'élasticité de la membrane extérieure 43 et de l'effet de bras de levier de la pièce 30, ainsi que cela a été dit plus haut.
A noter que l'accélération 33 de la figure 21, qui se produit sous de l'effet de la résonnance transverse F, a aussi une composante horizontale 53 qui tend à déplacer axialement la partie centrale 13 et donc à perturber l'asservissement de longueur de cavité. Cet inconvénient peut être également supprimé, et c'est la un autre intérêt de cette réalisation particulière des figures 24 et 25, si l'on fait en sorte que la raideur R' des ressorts mesurée le long de l'axe du déplacement du miroir mobile soit adapté à ce problème.
Si M est la masse équivalente à la partie mobile du miroir piézoélectrique, la raideur totale des deux ressorts dans l'axe de la pièce 42 doit être :
R' = M. (2.π.F) 2
A noter que, pour des vibrations horizontales et parallèles au plan du miroir piézoélectrique, le bloc optique présentera la même résonance transverse. Dans ce cas, les mouvements du miroir piézoélectrique seront très faibles, et le dispositif de l'invention n'entraînera pas de perturbation.
A noter également que le coefficient de dilatation du matériau constituant les ressorts sera préférentiellement choisi égal à celui du matériau constituant le support d'activation. La figure 26 présente un mode de réalisation de l ' invention appliqué à un ensemble miroir piézoélectrique dont le moteur est constitué de deux céramiques piézoélectriques circulaires 47, collées de part et d' autre d' une membrane extérieure 48 fine, elle-même fixée sur les parties centrale 13 et extérieure 12 du miroir mobile, par collage ou par tout autre moyen . Une tige 42 , sur laquelle les ressorts vont appuyer, traverse la membrane et est également emmanchée dans un trou 44 percé dans la partie centrale 13. Ainsi que le montre la figure 27, la tige 42 peut être avantageusement remplacée par une pièce 49 fixée et de préférence collée à l ' extérieur 50 de la membrane et dans l ' axe de la partie centrale 13 . La forme des points d' appui des ressorts sur cette pièce 49, préférentiellement sphérique, et le type des ressorts utilisés peuvent être l 'un quelconque de ceux déjà décrits .
Un autre mode de réalisation de l ' invention consiste à utiliser un croisillon 38, comportant deux branches 39 et 40 tel qu' il est représenté sur les figures 28 et 29.
Les deux branches horizontales 39 du croisillon sont fixées sur les bords de l ' ensemble piézoélectrique . Leur raideur totale R est choisie pour compenser la déformation de l ' ensemble piézoélectrique due à la resonnance du gyrolaser aux vibrations horizontales .
Les deux branches verticales 40 sont fixées sur la structure extérieure 41 ou sur le boitier du gyrolaser 25 . Leur raideur totale est choisie pour compenser la déformation de l' ensemble piézoélectrique due aux mouvements d'activation. On pourra bien entendu inverser les rôles des branches horizontales et verticales ou supprimer l 'une des branches du croisillon.
D ' une manière générale, on pourra utiliser toute sorte ou disposition de moyens, et notamment des ressorts en forme de spider, pour appliquer des forces à l ' ensemble piézoélectrique de façon à le déformer ou contrer ses déformations .

Claims

REVENDI CATIONS .
1. Dispositif d ' élimination des rotations parasites d ' un miroir mobile de gyrolaser du type comprenant :
un bloc optique (1) monté rotatif sur un support (25) et muni d'au moins un périmètre optique en boucle fermée, à l'intérieur duquel sont engendrées deux ondes laser inverses,
- des moyens (6 et 7) permettant d'effectuer un mélange de ces deux ondes en vue d'obtenir un système de franges d'interférences sur des cellules photoélectriques,
des moyens d'activation mécanique (8 et 9) permettant de faire osciller le bloc optique (1) par rapport à son support (25),
au moins un miroir mobile (10) muni de couches réfléchissantes et mû par exemple par un moteur piézoélectrique (11) , caractérisé en ce que les rotations parasites des miroirs mobiles piézoélectriques (10) sont corrigées par des forces égales et opposées aux forces d'inertie qui créent ces rotations parasites, et ceci à l'aide de moyens élastiques préférentiellement des ressorts convenablement tarés (20 et 21) , fixés sur la partie (23) du miroir piézoélectrique de préférence la plus éloignée du centre de rotation de 1 ' activation, prenant appui préférentiellement sur la structure fixe (22) du gyrolaser et dont une composante des forces qu'ils exercent agit dans la direction des mouvements que font les miroirs sous l'effet de 1 'activation.
2. Dispositif d'élimination des rotations parasites d'un miroir mobile de gyrolaser, selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les ressorts sont constitués par des lames (24) en matériau formant ressort, pliées et fixées sur le support (25) et appuyant sur les côtés et à la partie la plus extérieure (23) de l'ensemble miroir piézoélectrique, la cambrure initiale desdites lames étant telle qu'après le montage, elles resteront en contact avec l'ensemble miroir piézoélectrique, quels que soient les mouvements d'activation.
3. Dispositif d'élimination des rotations parasites d'un miroir mobile de gyrolaser, caractérisé en ce que ledit dispositif applique les forces de correction fournies par les ressorts (24) directement sur une partie centrale (13) du miroir piézoélectrique, préférentiellement sur une partie rallongée de cette partie centrale, partie (13) à l'une des extrémités de laquelle se trouve placée la partie miroir proprement dite (15) .
4. Dispositif d'élimination des rotations parasites d'un miroir mobile de gyrolaser, selon l'une des revendications 2 ou 3 précédentes, caractérisé en ce que la définition du point d'appui des lames formant ressort (24) est constitué par un épaulement (31), réalisé sur la partie de l'ensemble miroir piézoélectrique sur laquelle lesdites lames viennent appuyer.
5. Dispositif d'élimination des rotations parasites d'un miroir mobile de gyrolaser, selon la revendication 1, caractérisé en ce que les ressorts sont réalisés sous forme de fils (27) prenant appui dans des gorges (26) creusées sur une partie extérieure de l'ensemble miroir piézoélectrique et sont fixés sur le support (25) du gyrolaser en s'enfonçant dans des trous (29) prépercés dans ledit support. L'espacement entre les deux trous étant choisi pour qu'ils donnent une contrainte initiale auxdits fils telle que ceux-ci restent en contact permanent avec l'ensemble miroir piézoélectrique, quels que soient les mouvemements d'activation.
6. Dispositif d'élimination des rotations parasites d'un miroir mobile de gyrolaser, selon la revendication 2, caractérisé en ce que, pour assurer une meilleure définition du point d'appui, les lames de ressorts comportent des rabats
(30) prenant appui sur la partie extérieure (23) de l'ensemble miroir piézoélectrique, l'ensemble ressort étant de préférence obtenu par découpe et pliage dans une feuille de matériau formant ressort.
7. Dispositif d'élimination des rotations parasites d'un miroir mobile de gyrolaser, selon l'une des revendications 1, 2, 3, 4 ou 6, caractérisé en ce qu'il corrige les rotations parasites dans deux directions en utilisant une forme de lames formant ressorts, comportant des raideurs dans au moins deux directions, raideurs adaptées aux défauts à corriger,une partie de chaque lame, préférentiellement l'extrémité, étant fixée sur une partie extérieure de l'ensemble miroir piézoélectrique de préférence par collage (36), l'ensemble ressort étant également de préférence obtenu par découpe et pliage dans un matériau formant ressort, le coefficient de dilatation dudit matériau étant choisi de préférence égal à celui du matériau constituant le support d'activation
8. Dispositif d'élimination des rotations parasites d'un miroir mobile de gyrolaser, selon la revendication 7, caractérisé en ce que les ressorts ayant deux raideurs différentes suivant deux directions sont constitués par un croisillon (38) dont les extrémités des branches (39) d'une direction sont fixées à la partie extérieure (23) de l'ensemble miroir piézoélectrique et les extrémités des deux autres branches (40) sont reliés au support fixe du gyrolaser (25 et 41) .
9. Dispositif d'élimination des rotations parasites d'un miroir mobile de gyrolaser selon la revendication 7, caractérisé en ce que le croisillon est simplifié en supprimant l'une de ses branches.
10. Laser, à miroir piézoélectrique, équipé d'un dispositif d'élimination des rotations parasites dudit miroir selon l'une des revendications précédentes.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113960960A (zh) * 2021-12-22 2022-01-21 沈阳机床(集团)有限责任公司 一种数控机床半闭环伺服进给系统刚性的检验及分析方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1986001887A1 (fr) * 1984-09-14 1986-03-27 Honeywell Inc. Elements de commande a longueur de parcours stable

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1986001887A1 (fr) * 1984-09-14 1986-03-27 Honeywell Inc. Elements de commande a longueur de parcours stable

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113960960A (zh) * 2021-12-22 2022-01-21 沈阳机床(集团)有限责任公司 一种数控机床半闭环伺服进给系统刚性的检验及分析方法
CN113960960B (zh) * 2021-12-22 2022-03-18 沈阳机床(集团)有限责任公司 一种数控机床半闭环伺服进给系统刚性的检验及分析方法

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