WO2002093110A1 - Gyrometre a fibre optique - Google Patents

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WO2002093110A1
WO2002093110A1 PCT/FR2002/001503 FR0201503W WO02093110A1 WO 2002093110 A1 WO2002093110 A1 WO 2002093110A1 FR 0201503 W FR0201503 W FR 0201503W WO 02093110 A1 WO02093110 A1 WO 02093110A1
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PCT/FR2002/001503
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English (en)
Inventor
Jean-Claude Lehureau
Original Assignee
Thales
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Publication date
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Priority to CA002446706A priority patent/CA2446706A1/fr
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/58—Turn-sensitive devices without moving masses
    • G01C19/64—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams
    • G01C19/72—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams with counter-rotating light beams in a passive ring, e.g. fibre laser gyrometers
    • G01C19/726—Phase nulling gyrometers, i.e. compensating the Sagnac phase shift in a closed loop system

Definitions

  • the present invention relates to fiber optic gyros and more particularly to a device for measuring a non-reciprocal phase shift generated in an optical ring interferometer of the gyrometer, also called SAGNAC interferometer.
  • SAGNAC interferometer mainly comprises a light energy source generally constituted by a laser; an optical device consisting either of a certain number of mirrors, or of an optical fiber wound on itself, this device forming a waveguide; a device for separating and mixing light and a device for detecting and processing the detected signal.
  • a fundamental property of ring interferometers is reciprocity, which can be expressed as follows: any disturbance in the optical path similarly affects the two waves, although these two waves are neither subjected to it at exactly the same instant, nor in the same direction.
  • the phase difference (which will be called in the following ⁇ ) between the two waves which recombine in the separation and mixing device after having traversed the optical path is zero.
  • the detection and processing device detects signals representing the optical power of the composite wave obtained after recombination. This power can be broken down in the interferometers of the known art into two components: a constant component and a component proportional to Cos ( ⁇ ), this component only existing at the appearance of "non-reciprocal" disturbances.
  • the sensitivity is maximum since the term to be measured is proportional to Cos ( ⁇ + ⁇ / 2), that is to say to sin ( ⁇ ).
  • the instability of these devices is generally of the same order of magnitude as the variations of the quantity to be measured.
  • This method is based on the property that the SAGNAC interferometer has of producing the equivalent of a discrete temporal derivation.
  • a phase modulation being produced at one end of the fiber loop one of the waves undergoes the modulation at the moment when this is produced, while the other wave undergoes it with a delay equal to the propagation time in the fiber.
  • the "natural frequency" of the interferometer is (1 / 2.t 0 ), and represents the modulation frequency at which the two waves undergo two phase shifts in phase opposition.
  • phase shift between the two optical waves is therefore equal to the difference S (t) -S (t -t 0 ), where S (t) is the signal applied to the phase modulator. It is therefore seen that, if the half-period of the modulation signal is t 0 , the phase shift at the output of the interferometer is equal to twice the phase shift applied. It is this method which is used to create the bias giving the operating point of the interferometer.
  • phase shift ⁇ 0 due to the non-reciprocal effect, in this case due to the rotation if it is not zero.
  • a more precise method avoiding errors due to possible drifts of the various elements used, for example optoelectronic elements, consists of an indirect method or "zero method". According to this method, this difference in phase shift is compared with ⁇ ⁇ / 2 radians by generating an additional phase shift, equal in absolute value to the amplitude of the phase shift due to the non-reciprocal effect and of opposite sign, so that l 'to cancel.
  • this method involves two separate operations: phase modulation and the generation of a feedback signal.
  • the proportionality factor or scale factor is not linked to that used for the modulation of ⁇ ( ⁇ / 2) radians.
  • phase "ramp" cannot be infinite, that is to say that the signal, which in practice consists of a control voltage of a phase modulator, cannot increase above d 'a determined threshold.
  • a usable method is to generate sawtooth phase-shift control signals of peak to peak amplitude 2 ⁇ radians, the mathematical functions involved being periodic and of period 2 ⁇ radians. It follows the problem of precisely determining this amplitude of phase shift equal to 2 ⁇ radians.
  • the phase “ramp” consists of a digital signal.
  • the phase modulation, also in digital form, and this phase “ramp” are combined into a single signal and converted into an analog signal for controlling a phase modulator arranged in the ring.
  • the invention to overcome the drawbacks of the prior art which have just been mentioned, proposes a fiber optic gyrometer comprising a Sagnac interferometer using two light waves circulating in opposite directions in a ring waveguide, comprising a photodetector delivering an electrical signal representing the light intensity of the interference between the two waves, and optical phase shifting means of the waves controlled by a slot modulation signal capable of controlling a variation of optical phase at a frequency FO substantially equal to 1/2.
  • t 0 is the travel time of a wave in the guide
  • the photodetector being connected to at least first and second sampling circuits controlled in phase opposition by a clock at frequency FO and providing two samples at each period respectively on a first and a second input of a differential amplifier, an analog-digital converter at the output of the differential amplifier and an adder / subtractor to accumulate the digital values successively supplied by the analog-digital converter, l adder / subtractor providing content representing a parameter of the gyrometer rotation measurement, characterized in that means are provided for reversing, at a frequency f much lower than the frequency FO, the phase of the clock, by so as to alternate, at frequency f, the direction of the difference in samples at the output of the differential amplifier, and in this that the adder / subtractor is also controlled by the frequency f, to operate alternatively as an adder or as a subtractor.
  • FIG. 1 represents a ring interferometer of the known art
  • FIG. 2 represents the variation of the optical power P s in an output branch of the interferometer of FIG. 1.
  • FIG. 3 shows a block diagram of a gyrometer according to the invention.
  • FIG. 4a represents a modulation signal Um of the phase modulator of the gyrometer of FIG. 3.
  • FIG. 4b represents the control signal from an inverter of the complementary states of a clock of the gyrometer of FIG. 3.
  • - Figure 5 shows a variant of the gyrometer of Figure 3 according to the invention correcting the scale factor of the phase ramp controlling the modulator.
  • Figure 1 schematically illustrates the architecture of a ring interferometer as described in this patent.
  • a laser source S produces a beam of parallel rays 1, towards a separating device constituted, for example, by a blade or a semi-transparent mirror M optically coupled to the ring 2 of the interferometer.
  • This ring 2 can be produced for example using a single mode optical fiber wound on itself. Indeed, the sensitivity of the measurement is increased thanks to the use of a long optical path, proportional to the number of turns.
  • This ring 2 is looped back onto the separating device M which also plays the role of a mixing device and thus defines an output branch 3.
  • the ring is therefore traversed by two waves propagating in opposite directions: one in the direction clockwise S1 the other anticlockwise S2 These two waves recombine on the separating plate M. The result of this recombination can be observed in the output branch 3 using the photodetector 4.
  • ⁇ 0 be the phase difference between the two waves propagating in opposite directions in the ring and Ps the optical output power that can be measured in the output branch 3. In the absence of "non-reciprocal" disturbance ⁇ 0 is zero.
  • L the length of the course optical
  • ⁇ the wavelength of the light emitted by the laser source S
  • C the speed of light in the ring 2.
  • the sensitivity of the interferometer is very low if the phase difference ⁇ is little different from zero. This is the case in a gyrometer if one wishes to measure low rotational speeds ⁇ .
  • a constant “non-reciprocal” bias can be introduced in the phase of the two waves traveling in opposite directions so as to move the operating point of the interferometer.
  • a phase modulator 5 is introduced on the wave path in the ring 2, bringing into play a reciprocal effect.
  • the phase modulator 5 (FIG. 1) is excited so as to create a phase variation ⁇ (t) of the wave passing through it.
  • This variation is periodic, its period being equal to 2.t o , t 0 being the travel time of a wave in the ring.
  • FIG. 3 represents the architecture of a gyrometer according to the invention implementing the ring interferometer of FIG. 1.
  • An electronic device 20 for operating the interferometer receives electrical information from the photodetector 4 optically coupled to channel 3, at the output of the separating blade M of the interferometer of FIG.
  • a processor 28 manages the entire electronic operating device 20 of the gyrometer according to the invention.
  • the control signals Ca and Cb necessary for the control of the synchronous detector 26 which can be, for example, the copying of impulse signals from a clock 30 driven by a quartz oscillator 32 of the processor 28.
  • the synchronous detector 26 essentially comprises a first 34 and a second sampler / blocker 36 controlled by the clock 30, through an inverter 38 of the complementary logic states H and R supplied by the clock 30, so that the signal Ud at the output of the adapter 24 is sampled, by the first blocker sampler 34, for a half-period t 0 of the phase modulation of the optical signal in one direction, then, by the second blocker sampler 36, during the another half-following period of the phase modulation of the optical signal in the other direction, the two directions corresponding to the synchronous phase modulations in + ⁇ / 2 and - ⁇ / 2 (sum of the physical phase shifts according to S2 of + and- ⁇ / 4 to T- 1 0 and according to S1 from - and + ⁇ / 4 to T).
  • the amplitude of this modulation is extracted by the synchronous detector 26 which supplies an analog voltage Us corresponding to the phase variation.
  • Analog voltage Us after digitization by a analog / digital converter 42 is applied to a digital control circuit 44 generating a composite signal for modulating the phase modulator 5.
  • the analog / digital converter 42 is controlled by a clock at frequency FO.
  • the purpose of the digital control circuit 44 is to develop a digital ramp and to combine it with the digital phase modulation signals.
  • the digital control circuit 44 includes an adder / subtractor 46 receiving on inputs the digital signals at the output of the analog-digital converter 42 and an accumulation order at the frequency FO and supplying an output with digital information to an integrator 48 responsible for producing a digital ramp whose slope is a function of the speed of rotation of the gyrometer.
  • the digital output of the integrator 48 drives a digital / analog converter 50 generating, through a power amplifier 52, the analog modulation voltage Um of the phase shifter 5 disposed in the path of the light waves of the interferometer.
  • the operating device comprises means for reversing, at a frequency f much lower than the frequency F0, the phase of the clock 30, so as to alternate, at this frequency f , the meaning of the difference in samples.
  • the adder / subtractor circuit 46 is also controlled by the frequency f, to operate alternately as an adder (+1) or as a subtractor (-1).
  • the states H and H supplied by the clock 30 are inverted by the inverter 38, at the rate of the frequency f applied to a control input 54 of the inverter 38.
  • the sampler-blockers 34, 36 perform the sampling of the signal Ud at the output of the adapter 24 of the photodetector 4.
  • the signal Ud represents the optical power resulting from the interference between the two light waves Si and S2 propagating in the fiber optics of the interferometer.
  • Each of the outputs 60, 62 of the sample-and-hold units 34 and 36 drives one and the other of the two inputs (+, -) of a differential amplifier 64 supplying at its output the voltage Us representing the difference between two consecutive samples taken in either half period of the frequency FO of the optical power signal Ud at the output of the photodetector 4.
  • Each of the sampler-blockers of the synchronous detector has control inputs Ea, ⁇ a and Eb, Eb controlled by the clock 30 through the inverter 38 as described below.
  • the output Ca of the inverter is connected respectively to the input Ea of the first blocker sampler 34 and to the input Eb of the second 36 and the output Cb of the inverter 38 is connected to the input Ea of the first sampler- blocker 34 and at the input Eb of the second, thus, in a known manner, the sample maintained is the analog value present at the input on the rising edges for example, of the inputs Ea and Eb.
  • the signal presented at the input of the analog / digital converter 42 is the difference between the values sampled during the last rising edges of the signals at the inputs Ea and Eb.
  • the inverter 38 receives by its control input 54 a command signal Co of inversion, at the frequency f, having for a half-period of duration 1 / 2.f, a high state then during the following half-period, of the same duration, a low state.
  • the inversion control signal is, for example, in the high state
  • the states H and H are transmitted respectively to the outputs Ca and Cb of the inverter 38, the output Ca transmitting the state H of l clock and the output Cb state H
  • the inversion control signal is in the low state
  • the states H and R are inverted at the outputs Ca and Cb of the inverter 38, the output Ca transmitting the state R of the clock and the output Cb state H.
  • the differential amplifier 64 presents at its output a voltage corresponding to a series of differences of two consecutive samples A p and B (P + i) taken respectively during one and the other phases of modulation of the light signals (+ ⁇ / 2 and - ⁇ / 2).
  • the signal Us at the output of the differential amplifier representing the difference of the samples (A p - B (p + i ) ) during a period 2to, is applied, after digitization by the analog-digital converter 42, to the adder / subtractor 46.
  • the adder / subtractor 46 is controlled by the processor 28, while the control signal from the inverter 38 is in the high state, so as to effect a positive accumulation (+1).
  • the states H and R are reversed at the outputs Ca and Cb of the inverter 26, the output Ca transmitting the state R of l 'clock and output Cb state H reversing the logic states at the respective inputs Eb and Eb and Ea and ⁇ a of the sample and hold units.
  • the samples taken by the first blocker sampler 34, when the control signal Co of the inverter was in the high state during a phase variation of the light signals in one direction, are taken by the second sampler. blocker 36 when the control signal Co of the inverter 38 is in the low state, and vice versa.
  • the processor 28 reverses the command of the adder / subtractor 46 to effect a negative accumulation (-1) and thus maintain the same direction of the phase ramp.
  • FIG. 4a represents a modulation signal Um of the phase modulator 5 of the gyrometer of FIG. 3 according to the invention and FIG. 4b the control signal Co of the inverter 38 of states of the clock 30.
  • the signal of Um modulation applied to phase modulator 5 generates the phase ramp, with a slope proportional to ( ⁇ 0/1 0 ) and peak-to-peak amplitude equal to 2 ⁇ radians, combined with the phase modulation signal of + ⁇ / 4 and - ⁇ / 4 at the frequency 1/2 t 0 .
  • adder / subtractor 46 will for example perform the following sum:
  • the servo function is not modified since the sign of the cumulative phase error signal in the first accumulator is not affected by the double inversion. Only the sign of the error of the offset of the electronics voltages is alternated because this error is not modified by the first inversion (phase inversion) whereas it is not the second inversion (of sign).
  • the operation sequence performed by the adder / subtractor 46 shows that at each transition of the clock f, a sample x of the signal Ud has been omitted.
  • the average rate of operation of the adder / subtractor 46 is equal to FO-f. This can be translated in the event of constant sign rotation by a systematic error of relative value f / FO. In order to correct this error, it is possible to store the average value of addition / subtraction preceding the transition of the clock f and by an additional circuit or logic operator to add / subtract half of this average value to compensate the missing half sample.
  • the operating device of the gyrometer according to the invention makes it possible both to use an analog-digital conversion which is not necessarily at the frequency of the optical phase modulation, which reduces the consumption of electronics, improves noise immunity and compensates for the offset faults, or “offset” in English, of the analog part of the electronics, in particular the voltage shifts of the differential amplifiers.
  • FIG. 5 shows the block diagram of a variant of the gyrometer of FIG. 3 according to the invention correcting the scale factor of the phase ramp of the phase modulator 5.
  • the operating device of the gyrometer comprises four sampler-blockers.
  • a first group of two blocker samplers 70, 72 drives the two inputs of a first differential amplifier 74, the assembly forming a first synchronous detector 75, the first differential amplifier 74 providing the difference of the samples taken by the first group of sample and hold.
  • the first and the second group of sampler-blockers are respectively controlled by a first 82 and a second 84 clock through respective inverters 86, 88 of the states of the clocks according to the operation described in the case of the gyrometer of FIG. 3.
  • the first and the second group of sampler-blockers operate as a synchronous detector in the same way as in the case of the gyrometer in FIG. 3 described above.
  • the processor 28 controls simultaneously depending on whether one operates with a phase modulation deviation of ⁇ / 2 or 3 ⁇ / 2:
  • a first switch 88 selecting either the output of the first differential amplifier 74 from the first group of sample and hold units, or the output of the second differential amplifier 80 from the first group of sampler-blockers, for driving the analog-digital converter 42 of the operating electronic device;
  • a second switch 92 of the same type as the first switch 88 providing information to the digital / analog converter 50 on the basis of the information G1 and G2 at the output of the first and of the second group of sampler-blockers.

Abstract

La présente invention se rapporte à un gyromètre à fibre optique comprenant un interféromètre de Sagnac utilisant deux ondes lumineuses (S1, S2) circulant en sens opposés dans un guide d'onde (2) en anneau, comprenant un photodétecteur (4) délivrant un signal électrique (Ud) représentant l'intensité lumineuse des interférences entre les deux ondes, et des moyens de déphasage (5) optique des ondes commandés par un signal de modulation (Um) en créneaux apte à commander une variation de phase optique à une fréquence F0 sensiblement égale à â.t0? est le temps de trajet d'une onde dans le guide (2). Le photodétecteur (5) est relié à au moins un premier (34) et un second (36) circuit d'échantillonnage contrôlés en opposition de phase par une horloge (30) à fréquence F0 et fournissant deux échantillons (A, B) à chaque période respectivement sur une première et une seconde entrée d'un amplificateur différentiel (64), un convertisseur analogique-numérique (42) à la sortie de l'amplificateur différentiel et un additionneur/soustracteur (46) pour accumuler les valeurs numériques successivement fournies par le convertisseur analogique-numérique (42). Le gyromètre comporte un moyen (28) pour inverser, à une fréquence f très inférieure à la fréquence F0, la phase de l'horloge (30), de manière à alterner, à la fréquence f, le sens de la différence d'échantillons à la sortie de l'amplificateur différentiel, l'additionneur/soustracteur (46) est également commandé par la fréquence f, pour fonctionner alternativement en additionneur ou en soustracteur.

Description

GYROMETRE A FIBRE OPTIQUE
La présente invention se rapporte aux gyromètres à fibre optique et plus particulièrement à un dispositif de mesure d'un déphasage non réciproque engendré dans un interféromètre optique en anneau du gyromètre, encore appelé interféromètre de SAGNAC. Un tel interféromètre comporte principalement une source d'énergie lumineuse généralement constituée par un laser ; un dispositif optique constitué soit d'un certain nombre de miroirs, soit d'une fibre optique enroulée sur elle-même, ce dispositif formant guide d'onde ; un dispositif de séparation et de mélange de la lumière et un dispositif de détection et de traitement du signal détecté.
Il est connu que dans ces interféromètres, il existe deux ondes issues du dispositif séparateur et parcourant en sens opposés un même trajet optique.
Une propriété fondamentale des interféromètres en anneau est la réciprocité qui peut s'exprimer comme suit : toute perturbation du trajet optique affecte semblablement les deux ondes malgré que ces deux ondes ne la subissent ni exactement au même instant, ni dans le même sens.
Il existe cependant deux types de perturbations qui affectent la réciprocité. II s'agit, d'une part, des perturbations qui varient dans le temps, ce dans un laps de temps comparable au temps que mettent les ondes à se propager le long du chemin optique de l' interféromètre ; et, d'autre part, les perturbations dites "non réciproques", c'est-à-dire les perturbations n'ayant pas le même effet sur les ondes selon qu'elles se propagent dans un sens ou dans un autre le long du chemin optique. Il s'agit d'effets physiques qui détruisent la symétrie du milieu dans lequel se propagent les ondes.
Deux effets connus présentent ce dernier type de perturbations :
- l'effet Faraday, ou effet magnéto-optique colinéaire, par lequel un champ magnétique crée une orientation préférentielle du spin des électrons d'un matériau optique ;
- et l'effet SAGNAC, ou effet inertiel relativiste, dans lequel la rotation de l'interféromètre par rapport à un repère Galiléen détruit la symétrie du temps de propagation. Cet effet est mis à profit pour réaliser des gyromètres notamment.
En l'absence de manifestation de perturbations "non réciproques", la différence de phase (que l'on appellera dans ce qui suit Δφ) entre les deux ondes qui se recombinent dans le dispositif de séparation et de mélange après avoir parcouru le chemin optique est nulle. Le dispositif de détection et de traitement détecte des signaux représentant la puissance optique de l'onde composite obtenue après recombinaison. Cette puissance peut se décomposer dans les interféromètres de l'art connu en deux composantes : une composante constante et une composante proportionnelle à Cos (Δφ), cette composante n'existant qu'à l'apparition de perturbations "non réciproques".
Si on désire mesurer des perturbations de faible amplitude, par exemple dans le cas de gyromètres, des faibles vitesses de rotation, la composante contenant le terme en Cos (Δφ) varie peu, puisque le déphasage Δφ est proche de zéro.
Il est alors nécessaire d'introduire artificiellement un déphasage supplémentaire fixe ou "biais non réciproque" pour augmenter la sensibilité de la mesure. Un cas particulièrement intéressant est celui où le nouveau déphasage mesuré Δφ est tel que Δφ ' = Δφ + π/2.
Dans ce cas, la sensibilité est maximale puisque le terme à mesurer est proportionnel à Cos (Δφ + π/2), c'est-à-dire à sin (Δφ).
Bien que séduisant, ce procédé s'est heurté à des difficultés de réalisation et notamment à la possibilité de réaliser un dispositif introduisant un "biais non réciproque" suffisamment stable pour être utilisable.
L'instabilité de ces dispositifs est en général du même ordre de grandeur que les variations de la grandeur à mesurer.
Aussi pour pallier ces inconvénients, il a été proposé dans le brevet FR-B-2 471 583, une modulation de phase des ondes qui se propagent dans l'anneau, alternativement de + π/2 et - π/2 radians.
Cette méthode est basée sur la propriété qu'a l'interféromètre de SAGNAC de réaliser l'équivalent d'une dérivation temporelle discrète.
En effet, une modulation de phase étant produite à une extrémité de la boucle de fibre, l'une des ondes subit la modulation au moment où celle-ci est produite, alors que l'autre onde la subit avec un retard égal au temps de propagation dans la fibre. Ce temps de propagation satisfait la relation : t0 = nl/c, dans laquelle n est l'indice de réfraction de la silice, I la longueur de la fibre et c la vitesse de la lumière dans le vide. La "fréquence propre" de l'interféromètre est (1/2.t0), et représente la fréquence de modulation à laquelle les deux ondes subissent deux déphasages en opposition de phase. Le déphasage entre les deux ondes optiques est donc égal à la différence S(t) -S(t -t0), où S(t) est le signal appliqué au modulateur de phase. On voit donc que, si la demi-période du signal de modulation est t0, le déphasage en sortie de l'interféromètre est égal au double du déphasage appliqué. C'est cette méthode qui est utilisée pour créer le biais donnant le point de fonctionnement de l'interféromètre.
A ce déphasage s'ajoute un déphasage Δφ0 dû à l'effet non réciproque, en l'occurrence dû à la rotation si elle n'est pas nulle.
Il est possible d'exploiter les signaux directement et de mesurer la composante en Cos (Δφ + π/2).
Une méthode plus précise, évitant les erreurs dues aux dérives éventuelles des différents éléments utilisés par exemple les éléments optoélectroniques, consiste en une méthode indirecte ou "méthode de zéro". Selon cette méthode, on compare cet écart du déphasage par rapport à ± π/2 radians en générant un déphasage supplémentaire, égal en valeur absolue à l'amplitude du déphasage dû à l'effet non réciproque et de signe contraire, de manière à l'annuler.
Pour ce faire, on ne peut, de façon pratique, utiliser le même phénomène physique qui produit l'effet non réciproque, en l'occurrence jouer sur la rotation.
On fait appel à des moyens électriques pour générer un signal de contre-réaction. Il est supposé que l'on peut obtenir une plus grande maîtrise de ces moyens électriques que des autres éléments de l'interféromètre, ce que l'expérience a montré. L'objet de cette contre-réaction est de créer entre les deux ondes un déphasage constamment égal et de signe opposé à celui induit par la vitesse de rotation. Si la vitesse est constante, et crée un déphasage Δφ ; il faut donc qu'entre deux instants séparés de t, la valeur instantanée de la modulation de phase ait varié de (Δ φ0 + 2 πn) radians, n étant un nombre entier. Ceci est donc l'équivalent d'une intégrale de la vitesse. Une façon de faire est de générer une "rampe" de phase de pente proportionnelle à
Cependant, cette méthode suppose deux opérations distinctes : la modulation de phase et la génération d'un signal de contre-réaction. En outre, le facteur de proportionnalité ou facteur d'échelle n'est pas lié à celui mis en oeuvre pour la modulation de ± ( π/2) radians.
En outre, la "rampe" de phase ne peut être infinie, c'est-à-dire que le signal, qui est constitué dans la pratique par une tension de commande d'un modulateur de phase, ne peut augmenter au-dessus d'un seuil déterminé.
Aussi une méthode utilisable est de générer des signaux de commande de déphasage en dents de scie d'amplitude crête à crête 2 π radians, les fonctions mathématiques mises en cause étant périodiques et de période 2 π radians. Il s'ensuit le problème de déterminer avec précision cette amplitude de déphasage égale à 2 π radians.
La « rampe » de phase consiste en un signal numérique. La modulation de phase, également sous forme numérique, et cette "rampe" de phase sont combinées en un signal unique et converties en un signal analogique de commande d'un modulateur de phase disposé dans l'anneau.
Un interféromètre fonctionnant sur ce principe est décrit dans le brevet FR 2 566 133. Cependant l'interféromètre décrit dans le brevet FR 2 566 133 comporte des circuits électroniques de traitement de la puissance optique détectée qui introduisent des dérives faussant les mesures de rotation à long terme. Les gyromètres sont très sensibles à la dérive puisqu'on mesure des rotations pendant des temps longs. Toute dérive des circuits électroniques peut se traduire par une dérive de signal intégrée dans le temps. Pour éviter ces dérives, on a déjà proposé de numériser le signal immédiatement en sortie du photodétecteur et de traiter ensuite tout en numérique, mais cette technique comporte l'inconvénient de nécessiter un convertisseur analogique/numérique présentant une très grande dynamique.
L'invention, pour pallier les inconvénients de l'art antérieur qui viennent d'être évoqués, propose un gyromètre à fibre optique comprenant un interféromètre de Sagnac utilisant deux ondes lumineuses circulant en sens opposés dans un guide d'onde en anneau, comprenant un photodétecteur délivrant un signal électrique représentant l'intensité lumineuse des interférences entre les deux ondes, et des moyens de déphasage optique des ondes commandés par un signal de modulation en créneaux apte à commander une variation de phase optique à une fréquence FO sensiblement égale à 1/2. t0, où t0 est le temps de trajet d'une onde dans le guide, le photodétecteur étant relié à au moins un premier et un second circuits d'échantillonnage contrôlés en opposition de phase par une horloge à fréquence FO et fournissant deux échantillons à chaque période respectivement sur une première et une seconde entrées d'un amplificateur différentiel, un convertisseur analogique-numérique à la sortie de l'amplificateur différentiel et un additionneur/soustracteur pour accumuler les valeurs numériques successivement fournies par le convertisseur analogique-numérique, l'additionneur/soustracteur fournissant un contenu représentant un paramètre de la mesure de rotation du gyromètre, caractérisé en ce qu'il est prévu un moyen pour inverser, à une fréquence f très inférieure à la fréquence FO, la phase de l'horloge, de manière à alterner, à la fréquence f, le sens de la différence d'échantillons à la sortie de l'amplificateur différentiel, et en ce que l'additionneur/soustracteur est également commandé par la fréquence f, pour fonctionner alternativement en additionneur ou en soustracteur.
L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à l'aide de la description qui suit et des figures annexées parmi lesquelles : - la figure 1 représente un interféromètre en anneau de l'art connu ;
- la figure 2 représente la variation de la puissance optique Ps dans une branche de sortie de l'interféromètre de la figure 1.
- la figure 3 représente un synoptique de principe d'un gyromètre selon l'invention.
- la figure 4a représente un signal de modulation Um du modulateur de phase du gyromètre de la figure 3.
- la figure 4b représente le signal de contrôle d'un inverseur des états complémentaires d'une horloge du gyromètre de la figure 3. - la figure 5 montre une variante du gyromètre de la figure 3 selon l'invention corrigeant le facteur d'échelle de la rampe de phase commandant le modulateur.
Il est tout d'abord utile de rappeler les principaux phénomènes mis en jeu dans un interféromètre en anneau de type SAGNAC ainsi que la méthode de modulation enseignée par le brevet FR-B-2 471 583 précité.
La figure 1 illustre schématiquement l'architecture d'un interféromètre en anneau tel que décrit dans ce brevet.
Une source laser S produit un faisceau de rayons parallèles 1 , vers un dispositif séparateur constitué, par exemple, par une lame ou un miroir semi-transparent M couplé optiquement à l'anneau 2 de l'interféromètre. Cet anneau 2 peut être réalisé par exemple à l'aide d'une fibre optique monomode enroulée sur elle-même. En effet, la sensibilité de la mesure est accrue grâce à l'utilisation d'un parcours optique long, proportionnel au nombre de tours. Cet anneau 2 est rebouclé sur le dispositif séparateur M qui joue également le rôle d'un dispositif mélangeur et définit ainsi une branche de sortie 3. L'anneau est donc parcouru par deux ondes se propageant en sens inverse : l'une dans le sens horaire S1 l'autre dans le sens anti-horaire S2 Ces deux ondes se recombinent sur la lame séparatrice M. Le résultat de cette recombinaison peut être observé dans la branche de sortie 3 à l'aide du photodétecteur 4.
Soit Δφ0 la différence de phase entre les deux ondes qui se propagent en sens inverse dans l'anneau et Ps la puissance optique de sortie que l'on peut mesurer dans la branche de sortie 3. En l'absence de perturbation « non réciproque » Δφ0 est nul.
Si, à titre d'exemple non limitatif, on considère un gyromètre mettant en œuvre un interféromètre en anneau, une perturbation « non réciproque » va être créée par la mise en rotation du gyromètre. La différence de phase n'est plus nulle et l'on a Δφ0 = α Ω où Ω est la vitesse de rotation et α = k L/λC où k est une constante dépendant de la géométrie du gyromètre, L la longueur du parcours optique, λ la longueur d'onde de la lumière émise par la source laser S, et C la vitesse de la lumière dans l'anneau 2. Lorsque la vitesse de rotation Ω augmente, la différence de phase Δ φ0 augmente dans les mêmes proportions car le coefficient α reste constant. La puissance optique Ps évolue selon une loi cosinusoïdale. En effet :
Ps = Pis + P2S + 2 Pis P2 S Cos (Δ φ0) ; relation dans laquelle la composante Pis correspond au sens S1 et la composante P2s au sens S2. La sensibilité de la mesure pour une valeur Δφ donnée est exprimée par la dérivée de Ps : dPs / d(Δ φo) = - 2 Pis P2s sin (Δ φ0).
La sensibilité de l'interféromètre est très faible si la différence de phase Δφ est peu différente de zéro. C'est le cas dans un gyromètre si on désire mesurer de faibles vitesses de rotation Ω. La variation de la puissance optique Ps dans la branche de sortie en fonction de la différence de phase
Δφ est illustrée par le diagramme de la figure 2.
On peut considérer les termes Pis et P2s égaux. Il s'ensuit que pour une différence de phase Δφ = π radians, la puissance détectée est minimum. Elle passe par un maximum Psmax pour Δφ = 0 et pour 2 π radians et ainsi de suite.
Pour augmenter la sensibilité de l'interféromètre, on peut introduire un biais « non réciproque » constant dans la phase des deux ondes circulant en sens inverses de façon à déplacer le point de fonctionnement de l'interféromètre.
Dans le cas d'une fonction variant selon une loi cosinusoïdale, le point de plus haute sensibilité est obtenu par les angles de (2n + 1) π/2 radians, avec n nombre entier. On peut donc choisir un biais introduisant une variation de phase sur chaque onde en valeur absolue de π/4 radians mais de signes contraires. En l'absence de perturbation « non réciproque » la différence de phase devient alors au point PSo de la figure 2.
Selon l'enseignement du brevet français précité, on introduit sur le parcours des ondes dans l'anneau 2, un modulateur de phase 5 mettant en jeu un effet réciproque. Le modulateur de phase 5 (figure 1 ) est excité de façon à créer une variation de phase Φ (t) de l'onde qui le traverse. Cette variation est périodique, sa période étant égale à 2.to, t0 étant le temps de parcours d'une onde dans l'anneau.
La figure 3 représente l'architecture d'un gyromètre selon l'invention mettant en oeuvre l'interféromètre en anneau de la figure 1. Un dispositif électronique d'exploitation 20 de l'interféromètre reçoit des informations électriques du photodétecteur 4 couplé optiquement à la voie 3, en sortie de la lame séparatrice M de l'interféromètre de la figure
1 et fournit un signal de modulation Um au modulateur de phase 5 introduit dans l'anneau 2 dudit interféromètre.
Le photodétecteur 4 convertit l'intensité optique en sortie du dispositif mélangeur M (lame séparatrice M) en une tension électrique Ud appliquée, à travers un adaptateur 24, à un circuit de détection synchrone 26 pilotée par deux signaux de contrôle complémentaires Ca et Cb à la fréquence de modulation F0=1/2.t0.
Un processeur 28 gère l'ensemble du dispositif électronique d'exploitation 20 du gyromètre selon l'invention. Les signaux de contrôle Ca et Cb nécessaires à la commande du détecteur synchrone 26 qui peuvent être par exemple la recopie de signaux impulsionnels d'une horloge 30 pilotée par un oscillateur à quartz 32 du processeur 28.
Le détecteur synchrone 26 comporte essentiellement un premier 34 et un second échantillonneur/bloqueur 36 commandés par l'horloge 30, à travers un inverseur 38 des états logiques complémentaires H et R fournis par l'horloge 30, de façon à ce que le signal Ud en sortie de l'adaptateur 24 soit échantillonné, par le premier échantillonneur-bloqueur 34, pendant une demi-période t0 de la modulation de phase du signal optique dans un sens, puis, par le second échantillonneur-bloqueur 36, pendant l'autre demi- période suivante de la modulation de phase du signal optique dans l'autre sens, les deux sens correspondant aux modulations de phase synchrone en +π/2 et -π/2 (somme des déphasages physiques selon S2 de +et- π/4 à T- 10 et selon S1 de - et + π/4 à T).
Lorsque le gyromètre est en rotation, l'ensemble de la courbe de l'interféromètre en fonction du déphasage appliqué par le modulateur est décalée. Ceci produit une modulation de la tension Ud en sortie du photodétecteur à la fréquence F0 = 1/2to dont l'amplitude est proportionnelle à la vitesse si celle-ci est assez faible pour que le déphasage reste dans la zone linéaire de la courbe de réponse.
L'amplitude de cette modulation est extraite par le détecteur synchrone 26 qui fournit une tension Us analogique correspondant à la variation de phase. La tension Us analogique, après numérisation par un convertisseur analogique/numérique 42, est appliquée à un circuit numérique de commande 44 générant un signal composite de modulation du modulateur de phase 5. Le convertisseur analogique/numérique 42 est commandé par une horloge à fréquence FO. Le circuit numérique de commande 44 a pour but d'élaborer une rampe numérique et de la combiner avec les signaux numériques de modulation de phase. A cet effet, le circuit numérique de commande 44 comporte un additionneur/soustracteur 46 recevant sur des entrées les signaux numériques en sortie du convertisseur analogique-numérique 42 et un ordre d'accumulation à la fréquence FO et fournissant à une sortie une information numérique à un intégrateur 48 chargé de réaliser une rampe numérique dont la pente est fonction de la vitesse de rotation du gyromètre.
La sortie numérique de l'intégrateur 48 attaque un convertisseur numérique/analogique 50 générant, à travers un amplificateur de puissance 52, la tension analogique Um de modulation du dephaseur 5 disposé dans le trajet des ondes lumineuses de Pinterféromètre.
Selon la caractéristique principale du gyromètre selon l'invention, le dispositif d'exploitation comporte un moyen pour inverser, à une fréquence f très inférieure à la fréquence F0, la phase de l'horloge 30, de manière à alterner, à cette fréquence f, le sens de la différence d'échantillons. Le circuit additionneur/soustracteur 46 est également commandé par la fréquence f, pour fonctionner alternativement en additionneur(+1 ) ou en soustracteur(-1 ). A cet effet, les états H et H fournis par l'horloge 30 sont inversés par l'inverseur 38, au rythme de la fréquence f appliquée à une entrée de contrôle 54 de l'inverseur 38.
Les échantillonneurs-bloqueurs 34, 36 effectuent l'échantillonnage du signal Ud en sortie de l'adaptateur 24 du photodétecteur 4. Le signal Ud représente la puissance optique résultant de l'interférence entre les deux ondes lumineuses Si et S2 se propageant dans la fibre optique de l'interféromètre.
Chacune des sorties 60, 62 des échantillonneurs-bloqueurs 34 et 36 attaque l'une et l'autre des deux entrées (+, -) d'un amplificateur différentiel 64 fournissant à sa sortie la tension Us représentant la différence entre deux échantillons consécutifs pris au cours de l'une et de l'autre demi- période de la fréquence FO du signal de puissance optique Ud en sortie du photodétecteur 4.
Chacun des échantillonneurs-bloqueurs du détecteur synchrone comporte des entrées de commande Ea, Ëa et Eb, Eb pilotées par l'horloge 30 à travers l'inverseur 38 tel que décrit par la suite. La sortie Ca de l'inverseur est connectée respectivement à l'entrée Ea du premier échantillonneur-bloqueur 34 et à l'entrée Eb du second 36 et la sortie Cb de l'inverseur 38 est connectée à l'entrée Ea du premier échantillonneur- bloqueur 34 et à l'entrée Eb du second, ainsi, de façon connue, l'échantillon maintenu est la valeur analogique présente à l'entrée sur les flancs de montée par exemple, des entrées Ea et Eb. Lors de la commande de conversion analogique/numérique le signal présenté à l'entrée du convertisseur analogique/numérique 42 est la différence entre les valeurs échantillonnées lors des derniers flancs de montée des signaux aux entrées Ea et Eb.
L'inverseur 38 reçoit par son entrée de contrôle 54 un signal de commande Co d'inversion, à la fréquence f, présentant pendant une demi- période de durée 1/2.f, un état haut puis pendant la demi-période suivante, de même durée, un état bas. Ainsi, lorsque le signal de commande d'inversion est, par exemple, à l'état haut, les états H et H sont transmis respectivement aux sorties Ca et Cb de l'inverseur 38, la sortie Ca transmettant l'état H de l'horloge et la sortie Cb l'état H et lorsque le signal de commande d'inversion est à l'état bas, les états H et R sont inversés aux sorties Ca et Cb de l'inverseur 38, la sortie Ca transmettant l'état R de l'horloge et la sortie Cb l'état H.
Pendant l'état haut du signal de contrôle. Co de l'inverseur 38, l'amplificateur différentiel 64 présente à sa sortie une tension correspondant à une suite de différences de deux échantillons consécutifs Ap et B(P+i) pris respectivement pendant l'une et l'autre phases de modulation des signaux lumineux (+π/2 et -π/2). Le signal Us en sortie de l'amplificateur différentiel, représentant la différence des échantillons (Ap - B(p+i)) au cours d'une période 2to, est appliqué, après numérisation par le convertisseur analogique-numérique 42, à l'additionneur/soustracteur 46. L'additionneur/soustracteur 46 est commandé par le processeur 28, pendant que signal de commande de l'inverseur 38 est à l'état haut, de façon à effectuer une accumulation positive (+1 ).
Lorsque le signal de contrôle Co de l'inverseur passe de l'état haut à l'état bas, les états H et R sont inversés aux sorties Ca et Cb de l'inverseur 26, la sortie Ca transmettant l'état R de l'horloge et la sortie Cb l'état H inversant les états logiques aux respectives entrées Eb et Eb et Ea et Êa des échantillonneurs-bloqueurs. Les échantillons prélevés par le premier l'échantillonneur-bloqueur 34, lorsque le signal de contrôle Co de l'inverseur était à l'état haut lors d'une variation de phase des signaux lumineux dans un sens, sont prélevés par le second échantillonneur-bloqueur 36 lorsque le signal de contrôle Co de l'inverseur 38 est à l'état bas, et vice-versa. La différence des échantillons en sortie de l'amplificateur différentiel changeant de signe, le processeur 28 inverse la commande de I' additionneur/soustracteur 46 pour effectuer une accumulation négative (-1 ) et ainsi conserver le même sens de la rampe de phase.
La figure 4a représente un signal de modulation Um du modulateur de phase 5 du gyromètre de la figure 3 selon l'invention et la figure 4b le signal de contrôle Co de l'inverseur 38 d'états de l'horloge 30. Le signal de modulation Um appliqué au modulateur de phase 5 génère la rampe de phase, de pente proportionnelle à (φ0/ 10) et d'amplitude crête-à-crête égale à 2π radians, combinée au signal de modulation de phase de +π/4 et -π/4 à la fréquence 1/2 t0.
Dans la figure 4a, les échantillons prélevés par le premier échantillonneur-bloqueur 34 sont repères par la lettre A et ceux prélevés par le second échantillonneur-bloqueur 36 sont repérés par la lettre B.
En supposant, qu'avant un instant x1 au cours de la rampe de phase le signal de contrôle Co de l'inverseur est à l'état haut (état 1 sur la figure), les échantillons A sont prélevés lors de la demi-période de durée t0 donnant lieu à une modulation de phase de +π/4 et les échantillons B lors de l'autre demi-période donnant lieu modulation de phase de -π/4. Après l'instant x1 le signal de contrôle Co de l'inverseur change d'état passant à l'état bas (état 0 sur la figure 4b) inversant la prise des échantillons, les échantillons A étant alors prélevés lors de la demi-période de durée t0 donnant lieu à une modulation de phase de -π/4 et les échantillons B lors de l'autre demi-période donnant lieu modulation de phase de +π/4.
Le rôle de cette fonction d'alternance est d'inverser abruptement la phase de détection synchrone et d'alterner simultanément en signe la fonction additionneur du premier accumulateur du signal issu du convertisseur analogique-numérique.
Ainsi l'additionneur/soustracteur 46 effectuera par exemple la somme suivante :
(A1 -B2)+(A3-B4)+ (A997-B998)-(A1000-B1001 )....
-(A1998-B1999)+(A2001 -B2002)+...
Avec un signe positif pour la différence et une accumulation positive (+1 ) de A1 à B998 puis changement de signe de la différence qui devient négatif et accumulation négative (-1 ) de A1000 à B1999 puis à nouveau changement de signe de la différence qui devient positif et accumulation positive (+1 ) et ainsi de suite.
La fonction asservissement n'est pas modifiée puisque le signe du signal d'erreur de phase cumulée dans le premier accumulateur n'est pas affecté par la double inversion. Seul le signe de l'erreur du décalage des tensions de l'électronique est alterné car cette erreur n'est pas modifiée par la première inversion (inversion de phase) alors qu'elle l'est pas la deuxième inversion (de signe).
La séquence d'opération réalisée par l'additioneur/soustracteur 46 montre qu'à chaque transition de l'horloge f, un échantillon x du signal Ud a été omis. La cadence moyenne des opérations de l'additionneur/soustracteur 46 est égale à FO-f. Ceci peut se traduire en cas de rotation de signe constante par une erreur systématique de valeur relative f/FO. A fin de corriger cette erreur, il est possible de mémoriser la valeur moyenne d'addition/soustraction précédent la transition de l'horloge f et par un circuit ou un opérateur logique additionnel d'additionner/soustraire la moitié de cette valeur moyenne pour compenser le demi-échantillon manquant.
Le dispositif d'exploitation du gyromètre selon l'invention permet à la fois d'utiliser une conversion analogique-numérique qui n'est pas nécessairement à la fréquence de la modulation de phase optique, ce qui réduit la consommation de l'électronique, améliore l'immunité au bruit et compense les défauts de décalage, ou « offset » en langue anglaise, de la partie analogique de l'électronique, notamment les décalages en tension des amplificateurs différentiels. Dans le brevet FR 8409311 , il est proposé de corriger le facteur d'échelle de la rampe de phase en comparant deux modes de fonctionnement correspondant aux déphasages π/2 et 3π/2 du modulateur de phase.
La figure 5 montre le synoptique d'une variante du gyromètre de la figure 3 selon l'invention corrigeant le facteur d'échelle de la rampe de phase du modulateur de phase 5.
Dans cette variante, le dispositif d'exploitation du gyromètre comporte quatre échantillonneurs-bloqueurs. Un premier groupe de deux échantillonneurs-bloqueurs 70, 72 attaque les deux entrées d'un premier amplificateur différentiel 74, l'ensemble formant un premier détecteur synchrone 75, le premier amplificateur différentiel 74 fournissant la différence des échantillons pris par le premier groupe d'échantillonneurs-bloqueurs.
Un second groupe de deux autres échantillonneurs-bloqueurs 76,
78 attaqué les deux entrées d'un second amplificateur différentiel 80, l'ensemble formant un second détecteur synchrone 79, le second amplificateur différentiel fournissant la différence des échantillons pris par le second groupe d'échantillonneurs-bloqueurs.
Le premier et le second groupe d'échantillonneurs-bloqueurs sont respectivement pilotés par une première 82 et une seconde 84 horloge à travers des respectifs inverseurs 86, 88 des états des horloges selon le fonctionnement décrit dans le cas du gyromètre de la figure 3.
Le premier et le second groupe d'échantillonneurs-bloqueurs fonctionnent en détecteur synchrone de la même façon que dans le cas du gyromètre de la figure 3 décrit au paravent. A cet effet, le processeur 28 commande simultanément selon que l'on fonctionne avec un écart de modulation de phase de π/2 ou de 3π/2 :
- un premier commutateur 88 sélectionnant, soit la sortie du premier amplificateur différentiel 74 du premier groupe d'échantillonneurs- bloqueurs, soit la sortie du second amplificateur différentiel 80 du premier groupe d'échantillonneurs-bloqueurs, pour attaquer le convertisseur analogique numérique 42 du dispositif d'électronique d'exploitation ;
- l'horloge 82, 84 et l'inverseur 86, 88 d'états associés au groupe d'échantillonneur-bloqueurs sélectionné ; - un second commutateur 92 de même type que le premier commutateur 88 fournissant une information au convertisseur numérique/analogique 50 à partir des informations G1 et G2 en sortie du premier et du second groupe d'échantillonneurs-bloqueurs.

Claims

REVENDICATIONS
1. Gyromètre à fibre optique comprenant un interféromètre de Sagnac utilisant deux ondes lumineuses (S1 , S2) circulant en sens opposés dans un guide d'onde (2) en anneau, comprenant un photodétecteur (4) délivrant un signal électrique Ud représentant l'intensité lumineuse des interférences entre les deux ondes, et des moyens de déphasage (5) optique des ondes commandés par un signal de modulation Um en créneaux apte à commander une variation de phase optique à une fréquence FO sensiblement égale à 1/2. t0, où t0 est le temps de trajet d'une onde dans le guide (2), le photodétecteur (5) étant relié à au moins un premier (34, 70, 76) et un second (36, 72, 78) circuits d'échantillonnage contrôlés en opposition de phase par une horloge (30, 82, 84) à fréquence F0 et fournissant deux échantillons (A, B) à chaque période respectivement sur une première et une seconde entrées d'un amplificateur différentiel (64, 74, 80), un convertisseur analogique-numérique (42) à la sortie de l'amplificateur différentiel et un additionneur/soustracteur (46) pour accumuler les valeurs numériques successivement fournies par le convertisseur analogique-numérique (42), l'additionneur/soustracteur (46) fournissant un contenu représentant un paramètre de la mesure de rotation du gyromètre, caractérisé en ce qu'il est prévu un moyen (28, 38) pour inverser, à une fréquence f très inférieure à la fréquence F0, la phase de l'horloge (30), de manière à alterner, à la fréquence f, le sens de la différence d'échantillons à la sortie de l'amplificateur différentiel, et en ce que l'additionneur/soustracteur (46) est également commandé par la fréquence f, pour fonctionner alternativement en additionneur ou en soustracteur.
2. Gyromètre à fibre optique selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'amplitude de modulation d'interférences entre les deux ondes (S1 , S2) est extraite par un détecteur synchrone (26, 75, 79) fournissant une tension Us analogique correspondant à la variation de phase entre les ondes, la tension Us analogique, après numérisation par le convertisseur analogique/numérique (42) étant appliquée à un circuit numérique de commande (44) générant un signal composite de modulation des moyens de déphasage optique, le circuit numérique de commande 44 élaborant une rampe numérique combinée avec des signaux numériques de modulation de phase.
3. Gyromètre à fibre optique selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit de détection synchrone (26,
75, 79) piloté par deux signaux de contrôle complémentaires Ca et Cb à la fréquence de modulation F0=1/2.t0, le détecteur synchrone comportant un premier (34, 74, 76) et un second (36, 72, 78) échantillonneurs-bloqueurs commandés par l'horloge (30, 82, 84), à travers un inverseur (38, 86, 88) des états logiques complémentaires H et R fournis par l'horloge, de façon à ce que le signal Ud en sortie de l'adaptateur (24) soit échantillonné, par le premier échantillonneur-bloqueur, pendant une demi-période t0 de la modulation de phase du signal optique dans un sens, puis, par le second échantillonneur-bloqueur, pendant l'autre demi-période suivante de la modulation de phase du signal optique dans l'autre sens.
4. Gyromètre à fibre optique selon la revendication 3, caractérisé en ce que chacun des échantillonneurs-bloqueurs (34, 36 70, 72,
76, 78) du détecteur synchrone (26, 75, 79) comporte des entrés de commande Ea, Ea et Eb, Ëb pilotées par l'horloge (30, 82, 84) à travers l'inverseur (38, 86, 88), une sortie Ca de l'inverseur étant connectée respectivement à l'entrée Ea du premier échantillonneur-bloqueur et à l'entrée Eb du second et la sortie Cb de l'inverseur étant connectée à l'entrée Ea du premier échantillonneur-bloqueur et à l'entrée Eb du second, l'échantillon maintenu étant la valeur analogique présente à l'entrée sur les flancs de montée par exemple, des entrées Ea et Eb, lors de la commande de conversion analogique/numérique le signal présenté à l'entrée du convertisseur analogique/numérique 42 étant la différence entre les valeurs échantillonnées lors des derniers flancs de montée des signaux aux entrées Ea et Eb.
5. Gyromètre à fibre optique selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que l'inverseur (38, 86, 88) reçoit par son entrée de contrôle (54) un signal de commande Co d'inversion, à la fréquence f, présentant pendant une demi-période de durée 1/2.f, un état haut puis, pendant la demi-période suivante, de même durée, un état bas et en ce que lorsque le signal de commande d'inversion est à l'état haut, les états H et R sont transmis respectivement aux sorties Ca et Cb de l'inverseur, la sortie Ca transmettant l'état H de l'horloge et la sortie Cb l'état R et lorsque le signal de commande d'inversion est à l'état bas, les états H et R sont inversés aux sorties Ca et Cb de l'inverseur, la sortie Ca transmettant l'état R de l'horloge et la sortie Cb l'état H.
6. Gyromètre à fibre optique selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le signal de modulation Um appliqué au modulateur de phase (5) génère la rampe de phase, de pente proportionnelle à (φ0 / 10) et d'amplitude crête-à-crête égale à 2π radians, combinée au signal de modulation de phase de +π/2 et -π/2 à la fréquence 1/2. t0.
7. Gyromètre à fibre optique selon l'une des revendications 2 à
6, caractérisé en ce que le circuit numérique de commande (44) comporte un additionneur/soustracteur (46) recevant sur des entrées les signaux numériques en sortie du convertisseur analogique-numérique (42) et un ordre d'accumulation à la fréquence FO et fournissant à sa sortie une information numérique à un intégrateur (48) chargé de réaliser une rampe numérique dont la pente est fonction de la vitesse de rotation du gyromètre, la sortie numérique de l'intégrateur (48) attaquant un convertisseur numérique/analogique (50) générant, à travers un amplificateur de puissance (52), la tension analogique Um de modulation du dephaseur (5) disposé dans le trajet des ondes lumineuses de l'interféromètre.
8. Gyromètre à fibre optique selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que, pour corriger le facteur d'échelle de la rampe de phase, le dispositif d'exploitation (20) du gyromètre comporte quatre échantillonneurs-bloqueurs, un premier groupe de deux échantillonneurs- bloqueurs (70, 72) attaquant les deux entrées d'un premier amplificateur différentiel (74), l'ensemble formant un premier détecteur synchrone (75), le premier amplificateur différentiel (74) fournissant la différence des échantillons pris par le premier groupe d'échantillonneurs-bloqueurs, un second groupe de deux autres échantillonneurs-bloqueurs (76, 78) attaquant les deux entrées d'un second amplificateur différentiel (80), l'ensemble formant un second détecteur synchrone (79), le second amplificateur différentiel fournissant la différence des échantillons pris par le second groupe d'échantillonneurs-bloqueurs, le premier et le second groupes d'échantillonneurs-bloqueurs étant respectivement pilotés par une première (82) et une seconde (84) horloges à travers des respectifs inverseurs (86, 88) des états des horloges, le processeur (28) commandant simultanément, selon que l'on fonctionne avec un écart de modulation de phase de π/2 ou de 3π/2 : - un premier commutateur (88) sélectionnant, soit la sortie du premier amplificateur différentiel (74) du premier groupe d'échantillonneurs- bloqueurs, soit la sortie du second amplificateur différentiel (80) du premier groupe d'échantillonneurs-bloqueurs, pour attaquer le convertisseur analogique numérique (42) du dispositif d'électronique d'exploitation ; - l'horloge (82, 84) et l'inverseur (86, 88) d'états associés au groupe d'échantillonneurs-bloqueurs sélectionné ;
- un second commutateur (92) de même type que le premier commutateur (88) fournissant une information au convertisseur numérique/analogique (50) à partir des informations G1 et G2 en sortie du premier et du second groupe d'échantillonneurs-bloqueurs.
9. Gyromètre à fibre optique selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'un processeur (28) gère l'ensemble du dispositif d'exploitation (20) du gyromètre fournissant entre autres les signaux de contrôle Ca et Cb nécessaires à la commande du détecteur synchrone (26, 75, 79) qui peuvent être par exemple la recopie de signaux impulsionnels d'une horloge (30, 82, 84) pilotée par un oscillateur à quartz (32) du processeur.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7295322B2 (en) * 2005-04-13 2007-11-13 Litton Systems, Inc. Optical power measurement of a closed loop fiber optic gyroscope
US7515272B2 (en) * 2006-03-17 2009-04-07 Honeywell International Inc. Digital feedback systems and methods for optical gyroscopes
FR2899681B1 (fr) * 2006-04-11 2008-08-22 Ixsea Soc Par Actions Simplifi Procede et dispositif de mesure a fibre optique, et gyrometre asservis en puissance
CN103777084B (zh) * 2012-10-25 2016-04-27 英业达科技有限公司 信号时间边限分析方法
JP7062498B2 (ja) * 2018-04-12 2022-05-06 東芝テック株式会社 コードシンボル読取装置およびプログラム
WO2019200218A2 (fr) * 2018-04-12 2019-10-17 Nufern Gyroscope à fibre optique à grande gamme dynamique

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2566133A1 (fr) * 1984-06-14 1985-12-20 Thomson Csf Dispositif de mesure d'un dephasage non reciproque engendre dans un interferometre en anneau

Family Cites Families (69)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2266932B1 (fr) * 1973-03-02 1977-09-02 Thomson Brandt
FR2222665B1 (fr) * 1973-03-21 1975-10-31 Thomson Brandt
FR2235448B1 (fr) * 1973-06-29 1976-05-07 Thomson Brandt
FR2271590B1 (fr) * 1974-01-15 1978-12-01 Thomson Brandt
FR2271617B1 (fr) * 1974-05-15 1976-10-15 Thomson Brandt
FR2275841A1 (fr) * 1974-06-21 1976-01-16 Thomson Brandt Support d'information lisible optiquement par transmission et procede de fabrication dudit support
FR2275843A1 (fr) * 1974-06-21 1976-01-16 Thomson Brandt Dispositif de protection permanente d'un disque souple d'enregistrement compatible avec une lecture optique
FR2280150B1 (fr) * 1974-07-26 1977-01-07 Thomson Brandt Dispositif de detection d'ecart de mise au point d'une tete de lecture optique par rapport a une surface de lecture
FR2306495A1 (fr) * 1975-04-04 1976-10-29 Thomson Brandt Systeme de lecture d'un enregistrement par exploration optique ponctuelle d'une piste diffractante
US4079247A (en) * 1975-05-16 1978-03-14 Claude Bricot Optical focussing device
FR2313716A1 (fr) * 1975-06-03 1976-12-31 Thomson Brandt Systeme optique de lecture par reflexion d'un support d'information
FR2321711A1 (fr) * 1975-08-19 1977-03-18 Thomson Brandt Dispositif optique a mise au point automatique et lecteur optique comportant un tel dispositif
FR2325987A1 (fr) * 1975-09-29 1977-04-22 Thomson Brandt Dispositif de lecture optique d'un enregistrement
FR2325953A1 (fr) * 1975-09-29 1977-04-22 Thomson Brandt Senseur optique de focalisation et dispositif de focalisation comportant un tel senseur
FR2325951A1 (fr) * 1975-09-29 1977-04-22 Thomson Brandt Procede de diminution de bruit optique et dispositif mettant en oeuvre un tel procede
FR2358797A1 (fr) * 1976-07-16 1978-02-10 Thomson Brandt Systeme de correction automatique du facteur de forme de l'onde porteuse issue de la lecture d'un support d'information
FR2359476A1 (fr) * 1976-07-23 1978-02-17 Thomson Csf Procede de lecture optique d'un support d'information et lecteur optique mettant en oeuvre un tel procede de lecture
FR2366636A1 (fr) * 1976-10-01 1978-04-28 Thomson Brandt Dispositif d'enregistrement optique d'information sur un support avec asservissement de la position de la tache d'enregistrement sur le support d'information
FR2368779A1 (fr) * 1976-10-22 1978-05-19 Thomson Brandt Support thermosensible destine a l'enregistrement d'information et procede d'enregistrement d'information sur un tel support
FR2389192A1 (fr) * 1977-04-29 1978-11-24 Thomson Csf Systeme optique d'enregistrement-lecture sur bande
FR2396379A1 (fr) * 1977-07-01 1979-01-26 Thomson Brandt Lecteur optique de disque d'information muni d'un dispositif d'acces automatique aux informations
FR2405536A1 (fr) * 1977-10-07 1979-05-04 Thomson Csf Dispositif d'enregistrement-lecture d'une information sur une boucle de ruban magnetique enroule dans une cassette sans fin
FR2437668A1 (fr) * 1978-09-29 1980-04-25 Thomson Csf Disque optique protege
FR2443733A1 (fr) * 1978-12-08 1980-07-04 Thomson Csf Tete de lecture magnetique et lecteur muni d'une telle tete
FR2470391A1 (fr) * 1979-11-21 1981-05-29 Thomson Csf Dispositif optique stigmatique d'emission-reception de rayonnements coherents et tete optique d'enregistrement-lecture comprenant un tel dispositif
FR2472298A1 (fr) * 1979-12-21 1981-06-26 Thomson Csf Dispositif permettant de deplacer longitudinalement un moteur de rotation, et lecteur de video-disque comprenant un tel dispositif
FR2474223A1 (fr) * 1980-01-23 1981-07-24 Thomson Csf Procede d'inscription thermo-optique d'information et support d'information destine a la mise en oeuvre de ce procede
FR2523345A1 (fr) * 1982-03-12 1983-09-16 Thomson Csf Procede et dispositif de generation de signaux de synchronisation dans un appareil optique d'ecriture-lecture de support d'information
FR2524186B1 (fr) * 1982-03-23 1989-02-24 Thomson Csf Disque optique protege comprenant un element souple de fermeture
FR2582862B1 (fr) * 1985-05-30 1987-07-17 Thomson Csf Capteur a effet magneto-resistif lineaire, son procede de realisation et son application dans un detecteur de domaines magnetiques
FR2585495B1 (fr) * 1985-07-26 1989-10-20 Thomson Csf Dispositif d'enregistrement magnetique a tete tournante
FR2588406B1 (fr) * 1985-10-04 1994-03-25 Thomson Csf Tete d'enregistrement thermomagnetique et procede de realisation
FR2597249B1 (fr) * 1986-04-11 1988-06-17 Thomson Csf Dispositif de lecture optique de support d'enregistrement optique
FR2605783B1 (fr) * 1986-10-28 1992-05-15 Thomson Csf T ete magnetique d'enregistrement/lecture en couches minces et son procede de realisation
FR2622338B1 (fr) * 1987-10-27 1990-01-26 Thomson Csf Tete magnetique d'enregistrement-lecture a couche anti-abrasion et procede de realisation
FR2630853B1 (fr) * 1988-04-27 1995-06-02 Thomson Csf Dispositif matriciel a tetes magnetiques notamment en couches minces
FR2630852B1 (fr) * 1988-04-27 1994-06-17 Thomson Csf Tete d'enregistrement thermomagnetique
FR2640393B1 (fr) * 1988-12-09 1992-10-16 Thomson Csf Dispositif optique pour l'observation d'un objet allonge
US5182781A (en) * 1988-12-09 1993-01-26 Thomson-Csf Optical device for the observation of an elongated object
FR2646000B1 (fr) * 1989-04-14 1995-07-21 Thomson Csf Tete magnetique statique de lecture
FR2646245B1 (fr) * 1989-04-25 1991-06-14 Thomson Csf Dispositif de lecture optique pour support d'enregistrement optique
FR2647940B1 (fr) * 1989-06-02 1994-03-04 Thomson Csf Circuit de commande de modulation du champ magnetique pour l'enregistrement d'une memoire magneto-optique
FR2649526B1 (fr) * 1989-07-04 1991-09-20 Thomson Csf Procede de fabrication de tetes magnetiques planaires par alveolage d'une plaquette non magnetique, et tetes magnetiques obtenues par un tel procede
US5272551A (en) * 1989-10-03 1993-12-21 Thomson-Csf Optical system for the reproduction of color video images
JPH0654236B2 (ja) * 1989-11-30 1994-07-20 日本航空電子工業株式会社 デジタルフェイズランプ方式光干渉角速度計
FR2657190B1 (fr) * 1990-01-18 1995-07-21 Thomson Csf Dispositif de lecture de segments oblongs d'un support en defilement.
FR2660448B1 (fr) * 1990-04-03 1992-06-05 Thomson Csf Dispositif de projection d'images.
FR2661769B1 (fr) * 1990-05-02 1995-04-21 Thomson Csf Systeme d'enregistrement optique de donnees sur disque, et procedes de lecture et ecriture correspondants.
FR2667972B1 (fr) * 1990-10-12 1992-11-27 Thomson Csf Dispositif de visualisation d'images en couleurs.
US5349400A (en) * 1990-11-30 1994-09-20 Thomson-Csf Back-projection display system and method for making a back-projection mirror
FR2674661B1 (fr) * 1991-03-26 1993-05-14 Thomson Csf Structure de commande matricielle pour ecran de visualisation.
FR2679059B1 (fr) * 1991-07-09 1993-09-24 Thomson Csf Systeme de lecture de disque optique.
FR2680268A1 (fr) * 1991-08-09 1993-02-12 Thomson Csf Tete de lecture magneto-optique.
FR2683063B1 (fr) * 1991-10-29 1998-02-06 Thomson Csf Procede de lecture d'informations enregistrees et systeme de lecture.
FR2685500B1 (fr) * 1991-12-20 1994-12-23 Thomson Csf Separateur optique de polarisations et application a un systeme de visualisation.
FR2699289B1 (fr) * 1992-12-15 1995-01-06 Thomson Csf Ecran de projection holographique et procédé de réalisation.
FR2707781B1 (fr) * 1993-07-16 1995-09-01 Idmatic Sa Carte souple équipée d'un dispositif de contrôle de validité.
FR2722319B1 (fr) * 1994-07-08 1996-08-14 Thomson Csf Dispositif de visualisation couleurs
FR2723243B1 (fr) * 1994-07-26 1996-09-06 Thomson Csf Dispositif d'enregistrement et/ou de lecture de tetes magnetiques et son procede de realisation
FR2723242B1 (fr) * 1994-07-26 1996-08-30 Thomson Csf Tete magnetique a element saturable et dispositif matriciel comportant un ensemble de tetes magnetiques
FR2724042B1 (fr) * 1994-08-30 1997-01-03 Thomson Csf Systeme d'ecriture/lecture optique d'un support d'enregistrement et application a un disque d'enregistrement
FR2727555B1 (fr) * 1994-11-25 1996-12-20 Thomson Csf Tete magnetique d'enregistrement/lecture et son procede de realisation
EP0757848A1 (fr) * 1995-02-24 1997-02-12 Thomson Csf Dephaseur hyperfrequence et application a une antenne reseaux
FR2738657B1 (fr) * 1995-09-12 1997-10-03 Thomson Csf Tete magnetique d'enregistrement/lecture
FR2739965B1 (fr) * 1995-10-17 1997-11-07 Thomson Csf Dispositif emetteur-recepteur de lumiere et systeme de lecture optique
FR2751398B1 (fr) * 1996-07-16 1998-08-28 Thomson Csf Dispositif d'eclairage et application a l'eclairage d'un ecran transmissif
FR2754609B1 (fr) * 1996-10-15 1998-12-18 Sextant Avionique Panneau de visualisation avec compensation par films birefringents holographiques
FR2769119B1 (fr) * 1997-09-26 1999-12-03 Thomson Csf Disque d'enregistrement anti-piratage, procede de lecture et tete d'enregistrement
FR2793566B1 (fr) * 1999-05-11 2002-07-12 Thomson Csf Separateur de polarisations

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2566133A1 (fr) * 1984-06-14 1985-12-20 Thomson Csf Dispositif de mesure d'un dephasage non reciproque engendre dans un interferometre en anneau

Also Published As

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