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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
~ o traitement du signal détecté.
II 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
~ 5 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.
II existe cependant deux types de perturbations qui affectent la
réciprocité.
2o 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
25 ou dans un autre le long du chemin optique. II 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
3o 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
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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 ~~) 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
~ o une composante constante et une composante proportionnelle à Cos (~~),
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
~ 5 composante contenant le terme en Cos (~~) varie peu, puisque le
déphasage ~~ est proche de zéro.
II 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
2o déphasage mesuré ~~ est tel que ~~ ' _ ~~ + n/2.
Dans ce cas, la sensibilité est maximale puisque le terme à
mesurer est proportionnel à Cos (~~ + ~/2), c'est-à-dire à sin (0~).
Bien que séduisant, ce procédé s'est heurté à des difficultés de
réalisation et notamment à la possibilité de réaliser un dispositif
introduisant
25 un "biais non rëciproque" 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 prop~osë dans le
brevet FR-B-2 471 583, une modulation de phase des ondes qui se
3o propagent dans l'anneau, alternativement de + ~/2 et - ~/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
35 celle-ci est produite, alors que l'autre onde la subit avec un retard égal
au
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temps de propagation dans la fibre. Ce temps de propagation satisfait la
relation : to = 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.to), 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 -to), où S(t) est le signal appliqué au
modulateur
de phase. On voit donc que, si la demi-période du signal de modulation est
to, le déphasage en sortie de l'interféromètre est égal au double du
~ o 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 D~o dû à l'effet non
réciproque, en l'occurrence dû à la rotation si elle n'est pas nulle.
II est possible d'exploiter les signaux directement et de mesurer la
~ 5 composante en Cos (0~ + ~/2).
Une méthode plus précise, évitant les erreurs dues aux dérives
éventuelles des différents éléments utilisés par exemple les éléments opto-
électroniques, consiste en une méthode indirecte ou "méthode de zéro".
Selon cette méthode, on compare cet écart du déphasage par rapport à
20 ~ ~/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
25 sur la rotation.
On fait appel à des moyens électriques pour générer un signal de
contre-réaction. II 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.
3o 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 0~ ; il
faut donc qu'entre deux instants séparés de t, la valeur instantanée de la
modulation de phase ait varié de (0 ~o + 2 gin) radians, n étant un nombre
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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
(O~Ito).
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 ~ ( ~/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
~ o 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 n
radians, les fonctions mathématiques mises en cause étant périodiques et de
~ 5 période 2 ~ radians. II s'ensuit le problème de déterminer avec précision
cette amplitude de déphasage égale à 2 ~c 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
2o 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
25 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
3o 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
35 un interféromètre de Sagnac utilisant deux ondes lumineuses circulant en
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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.to, où ta 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
~ o 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'additionneurlsoustracteur fournissant un contenu
~ 5 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 F0, 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
20 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
25 - 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
30 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.
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- 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.
II 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,
~ o 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,
~ 5 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
2o M. Le résultat de cette recombinaison peut être observé dans la branche de
sortie 3 à l'aide du photodétecteur 4.
Soit ~~o 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
25 perturbation« non réciproque » O~o est nul.
Si, à titre d'exemple non limitatif, on considère un gyromètre
mettant en oeuvre 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 ~~o = a S2 où S2 est la vitesse
de
3o rotation et a = k L/~,C où k est une constante dépendant de la géométrie du
gyromètre, L la longueur du parcours optique, ~, 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 S2 augmente, la différence de
phase ~ ~o augmente dans les mêmes proportions car le coefficient a reste
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constant. La puissance optique Ps évolue selon une loi cosinusoïdale. En
effet
Ps = pis + P2s + 2 Pis P~ s Cos (0 ~o) ; 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 0~ donnée est exprimée par la
dérivée de Ps
dPs / d(0 ~o) _ - 2 Pis P2s sin (0 ~o).
La sensibilité de l'interféromètre est très faible si la différence
de phase 0~ est peu différente de zéro. C'est le cas dans un gyromètre si on
~ o désire mesurer de faibles vitesses de rotation S2. La variation de la
puissance
optique Ps dans la branche de sortie en fonction de la différence de phase
~~ est illustrée par le diagramme de la figure 2.
On peut considérer les termes Pis et P2s égaux. II s'ensuit que
pour une différence de phase 0~ _ ~c radians, la puissance détectée est
~ 5 minimum. Elle passe par un maximum Psmax pour ~~ = 0 et pour 2 ~ 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
2o 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 ) ~/2
radians, avec n nombre entier. On peut donc choisir un biais introduisant une
variation de phase sur chaque onde en valeur absolue de ~/4 radians mais
25 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
3o façon à créer une variation de phase ~ (t) de l'onde qui le traverse. Cette
variation est périodique, sa période étant égale à 2.ta, to 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.
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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
~0 fréquence de modulation FO=1/2.to.
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 échantillonneurlbloqueur 36 commandés par l'horloge 30, à
travers un inverseur 38 des états logiques complémentaires H et H fournis
par l'horloge 30, de façon à ce que le signal Ud en sortie de l'adaptateur 24
2o soit échantillonné, par le premier échantillonneur-bloqueur 34, pendant une
demi-période to 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
+~12 et -~l2 (somme des déphasages physiques selon S2 de +et- n/4 à T- to
et selon S1 de - et + ~/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 FO = 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
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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 F0.
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
~ o 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
~ 5 de puissance 52, la tension analogique Um de modulation du déphaseur 5
disposé dans le trajet des ondes lumineuses de l'interféromètre.
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
2o 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
25 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
30 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-
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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, Éa et Eb, Éb pilotées par l'horloge
5 30 à travers l'inverseur 38 tel que décrit par la suite. La sortie Ca de
l'inverseur est connectée respectivement à l'entrée Éa 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 Éb 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
~ 5 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
2o 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 H sont inversés aux
sorties Ca et Cb de l'inverseur 38, la sortie Ca transmettant l'état H de
25 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+~, pris
respectivement pendant l'une et l'autre phases de modulation des signaux
30 lumineux (+~/2 et -~c12). Le signal Us en sortie de l'amplificateur
différentiel,
représentant la différence des échantillons (AP - BOP+y) au cours d'une
période 2to, est appliqué, après numérisation par le convertisseur
analogique-numérique 42, à l'additionneur/soustracteur 46.
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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 H sont inversés aux sorties Ca et Cb de
l'inverseur
26, la sortie Ca transmettant l'état H de l'horloge et la sortie Cb l'état H
inversant les états logiques aux respectives entrées Eb et Éb et Ea et Éa des
échantillonneurs-bloqueurs. Les échantillons prélevés par le premier
l'échantillonneur-bloqueur 34, lorsque le signal de contrôle Co de l'inverseur
~ o 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 l'
~ 5 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.
2o Le signal de modulation Um appliqué au modulateur de phase 5
génère la rampe de phase, de pente proportionnelle à (~o l ta) et d'amplitude
crête-à-crête égale à 2~ radians, combinée au signal de modulation de
phase de +~/4 et -~/4 à la fréquence 1 /2 to.
Dans la figure 4a, les échantillons prélevés par le premier
25 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 to
30 donnant lieu à une modulation de phase de +~/4 et les échantillons B lors
de
l'autre demi-période donnant lieu modulation de phase de -~/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 to
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donnant lieu à une modulation de phase de -n/4 et les échantillons B lors de
l'autre demi-période donnant lieu modulation de phase de +~c14.
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 )... .
-(A1998-81999)+(A2001-82002)+...
Avec un signe positif pour la différence et une accumulation
positive (+1 ) de A1 à B998 puis changement de signe de la différence qui
~ 5 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
2o 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
25 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'additionneurlsoustracteur
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/F0. A fin de
corriger cette erreur, il est possible de mémoriser la valeur moyenne
3o d'addition/soustraction précédent la transition de l'horloge f et par un
circuit
ou un opérateur logique additionnel d'additionner/soustraire la moitie 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
35 nécessairement à la fréquence de la modulation de phase optique, ce qui
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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 ~l2 et 312 du modulateur de
phase.
La figure 5 montre le synoptique d'une variante du gyromètre de la
~ o 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
~ 5 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,
20 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
25 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 qûe dans le cas du
gyromètre de la figure 3 décrit au paravent. A cet effet, le processeur 28
3o commande simultanément selon que l'on fonctionne avec un écart de
modulation de phase de X12 ou de 3~/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
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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.
