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Publication
_________________________________________________________________
Number FR2516233A1
Family ID 2008941
Probable Assignee Singer Co
Publication Year 1983
Title
_________________________________________________________________
FR Title GYROSCOPE A LASER EN ANNEAU UTILISANT UN DETECTEUR DE PHASE
POUR MINIMISER LE VERROUILLAGE ENTRE FAISCEAUX
Abstract
_________________________________________________________________
A.GYROSCOPE A LASER EN ANNEAU UTILISANT UN DETECTEUR DE PHASE POUR
MINIMISER LE VERROUILLAGE ENTRE FAISCEAUX.
B.DEUX MIROIRS M1, M2 SUR LES TROIS MIROIRS REFLECHISSANTS DU
GYROSCOPE A LASER EN ANNEAU SONT ASSOCIES A DES TRANSDUCTEURS T1, T2
COMMANDANT LES MIROIRS POUR CONTROLER LE PARCOURS DU LASER DU
GYROSCOPE. LE TROISIEME MIROIR M3 EST A REFLEXION PARTIELLE POUR
PERMETTRE A UNE CERTAINE QUANTITE DE RAYONNEMENT DE SORTIR DE LA
CAVITE 3. LE RAYONNEMENT COMPREND DES COMPOSANTS DE SIGNAUX
CLIGNOTANTS QUI SONT LIES AU VERROUILLAGE ENTRE LES FAISCEAUX DU
LASER. EN CONTROLANT LA DIFFERENCE DE PHASE ENTRE LES COMPOSANTS DES
SIGNAUX, ON PEUT ASSURER UN VERROUILLAGE MINIMAL.
C.APPLICATION: GYROSCOPES A LASER EN ANNEAU.
Description
_________________________________________________________________
16233
Les performances d'un gyroscope a laser en anneau sont liees a la
bande de verrouillage Cette bande est une region d'entree de vitesse
angulaire autour d'une entree de vitesse nulle, dans laquelle les deux
ondes progressives circulant en sens opposes sont verrouillees entre
elles de maniere synch- rone en raison d'un couplage mutuel entre
elles Acune sortie n'est obtenue du gyroscope et la bande de
verrouillage et le facteur d'echelle deviennent hautement non
lineaires a mesure qu'on s'approche de la bande de verrouillage Dans
une categorie de gyroscopes a laser en anneau, une polarisation a
variation periodique est imposee au gyroscope pour minimiser les
effets de la region de verrouillage On peut se reporter au brevet
americain n O 4 132 482 pour des indications plus precises Bien que la
solution brevetee donne en general des resultats satisfaisants, il
existe neanmoins des non lineari- tes dans le facteur d'echelle et un
coefficient d'excursion du au hasard qui sont fonction de la largeur
de la bande de verrouillage. Dans l'instrumentation actuelle de
gyroscopes a laser en anneau, on met en oeuvre un asservissement pour
minimiser un signal detectable, appele signal clignotant, pour reduire
la bande de verrouillage Toutefois, on a constate que, dans le cas de
certains gyroscopes a laser en anneau, le verrouill- age est au
minimum lorsque le signal clignotant est au maxi- mum Pour d'autres,
la largeur de la bande de verrouillage minimale se trouve entre
les-signaux clignotants minimal et maximal Les signaux clignotants
sont constitues par une modulation a courant alternatif des intensites
des faisceaux laser que l'on peut observer tant a l'interieur qu'a
l'exter- ieur de la largeur de bande de verrouillage Les ondes,
circulant dans le sens des aiguilles-d'une montre et en sens
inverse,d'un gyroscope a laser en anneau manifestent les signaux
clignotants Ce phenomene a son origine dans la dis- persion qui
provoque le couplage entre les deux faisceaux et conduit au
verrouillage des deux oscillateurs.
La phase relative entre les signaux clignotants peut etre aisement
observee en laboratoire en realisant des figures
16233 de Lissajou a partir des deux signaux clignotants On l'a fait
et, de maniere generale, lorsque la difference de phase entre les deux
signaux clignotants est de 1800, l'accrochage ou verrouillage entre
les faisceaux est minimise quelle que soit l'amplitude des signaux
clignotants Des etudes con- cernant la theorie des gyroscopes a laser
en anneau qui tend- ent a appuyer cet argument figurent ci-apres.
Dans l'instrumentation de la plupart des gyroscopes a laser en anneau,
la sortie e$stla difference de phase entre les oscillations optiques
des deux ondes, difference observee dans l'interference entre les deux
ondes Cela est ordinaire- ment designe par le terme "diagramme des
franges" et est a retenir Toutefois, on a propose que le dispositif
permettant la realisation du diagramme des franges sert egalement a
l'observation des intensites individuelles des deux faisceaux.
La presente invention concerne des moyens et un procede, qui sont
nouveaux, permettant de reduire cet accrochage entre les deux ondes
Pour ce faire, on mesure la phase relative des signaux clignotants des
faisceaux laser et on ajuste la difference de phase pour qu'elle soit
de 1800, ce qui a pour resultat un accrochage ou verouillage minimal
entre les faisceaux. -L'invention a donc pour objet de controler la
position du parcours laser dans un gyroscope a laser en anneau afin de
maintenir les conditions de fonctionnement a une valeur optimale grace
a une comparaison de la difference de phase entre les signaux
clignotants.
Une forme d'execution de la presente invention est decrite ci-apres a
titre d'exemple, en reference au dessin annexe dans lequel la figure
unique represente un gyroscope a laser en anneau comprenant les moyens
de reglage de phase conformes a l'invention.
La figure represente un gyroscope a laser en anneau qui comprend un
bloc triangulaire 2 presentant une faible dilatat- ion thermique Une
cavite 3, formee dans le bloc, est delim- itee par trois miroirs
d'angle reflechissants Ml, M 2, M 3 Des electrodes (non representees)
font qu'un gaz present dans la
162-33 cavite cree, en raison d'une decharge deplasma, des faisceaux
lumineux monochromatiques sepropageant dans le sens des aiguilles
d'une montre et en sens inverse, ces faisceaux etant indiques dans
leur ensemble par le chiffre de reference 4 Les miroirs Ml et M 2 sont
flexibles et peuvent etre de- places dans un sens perpendiculaire a
leur surface par des transducteurs piezoelectriques classiques Tl et T
2 Les tens- ions indiquees alimentent les transducteurs
piezoelectriques.
Un tel transducteur est decrit dans le brevet americain N O
3 581 227, delivre le 25 mai 1971.
Le miroir M 3 permet a une faible quantite de rayonne- ment de sortir
de la cavite Cela est represente par les faisceaux Bl et B 2 qui
tombent sur les miroirs a reflexion partielle M 5 et M 4 repectivement
Les miroirs a reflexion partielle M 4 et M 5 divisent chaque faisceau
en deux composants, un dirige vers une photodiode respective (PD 2, PD
1), l'autre vers un combinateur de faisceaux M 6.
Le faisceau designe B 2 est divise en deux faisceaux B 3 et B 4,
tandis que le faisceau Bl est divise en deux faisceaux
B 5 et B 6 Les faisceaux B 4 et B 5 sont combines par le combin- ateur
M 6 pour former un faisceau B 7 pratiquement colineaire qui est dirige
sur le detecteur de franges FD qui constitue la sortie du gyroscope.
La caracteristique principale de l'invention concerne l'utilisation
des signaux detectes, sur les faisceaux B 3 et B 6, par les
photodetecteurs PD 1 et PD 2 Les intensites de ces faisceaux sont
constituees d'une partie a courant continu et d'une partie a courant
alternatif, cette derniere comprenant les signaux clignotants Pour une
vitesse de rotation const- ante du gyroscope, ces signaux a courant
alternatif oscillent en mesure,a une frequence proportionnelle a la
vitesse de rotation Pour de faibles amplitudes de dispersion, les
-oscillations sont sensiblement des sinusoides pures De man- iere
generale, il existe une phase arbitraire entre les phases des signaux
issus des photodetecteurs PD 2 et P Dl (signaux Wl et W 2) Cette phase
peut etre modifiee en deplacant, de man- iere synchrone, les miroirs
Ml et M 2 pour que la longueur du parcours de la cavite laser reste
constante mais que la position du faisceau sur les miroirs change.
La difference de phase preferee pour un verrouillage minimale est de
1800 Par consequent, la commande des miroirs est ajustee a l'aide du
detecteur de phase Le detecteur comprend de-m-aniere typique des
preamplificateurs 3 et 4 des signaux respectifs-Wl et W 2, les sorties
des amplificateurs etant envoyees sur le comparateur de phase 7 qui
compare la phase des signaux Wl et W 2 et emet en sortie un signal
d'erreur Ve qui est nul lorsque la difference de phase entre Wl et W 2
est de 1800 Ces signaux d'erreur commanderont-le circuit 8 du
dispositif d'entrainement des miroirs de facon que les miroirs Ml et M
2 se deplacent pour reduire le signal d'erreur vers zero.
Les moyens de combinaison de faisceaux constitues par les miroirs M 4;
M 5 et M 6 et les photodetecteurs PD 1 et PD 2 sont differents de ceux
utilises precedemmment en ce qu'ils donnent acces aux deux signaux
clignotants Toutefois, ce procede n'est pas le seul permettant
d'obtenir les deux signaux clignotants A la place de miroirs separes,
on pour- rait utiliser une combinaison de miroirs et de prismes On
pourrait egalement utiliser l'optique des fibres Si les signaux
optiques sont diriges depuis le miroir M 3 vers les moyens de
combinaison de faisceaux, des coupleurs optiques pourraient prelever
une faible fraction des signaux de chaque faisceau et les amener vers
les photodiodes separees On peut egalement obtenir les signaux a
travers les miroirs Ml ou M 2 a l'aide de photodetecteurs disposes de
maniere appropriee dans ces structures a miroirs.
On va decrire maintenant la theorie de base de-l'invent- ion
L'intensite des deux faisceaux dans un gyroscope a laser en anneau et
leur difference de phase est decrite par un systeme de trois equations
differentielles couplees simult- anees comme le decrivent les
publications: F Aronowitz et
R J Collins, J of Applied Physics 41, 130 (1970) et Yu.
L Klominotovitch, et a I, Soviet Phys JETP 24, 1 (1967) Un couplage
entre les deux ondes est du a la dispersion de
16233 lumiere d'un faisceau a l'autre Cette dispersion se produit le
plus souvent a la surface des miroirs La dispersion totale des trois
miroirs est decrite comme un seul decalage en amplitude et en phase
pour chaque faisceau On peut demontrer que lesdephasages de la
dispersion affectent le verrouillage comme le dephasage moyen
E = < (1 +
2 (1 E 2) o t 1 et u 2 sont les decalages optiques dus a la dispersion
du premier faisceau dans le second faisceau et du second faisceau dans
le premier faisceau respectivement.
La bande de verrouillage pour le gyroscope Est fonction de and et
d'autres variables, y compris l'amplitude dela dis- persion La theorie
montre que le verrouillage diminue a mesure que t s'approche de 900.
Dans des simulations recentes de gyroscopesa laser en anneau sur
ordinateur, on a demontre que, a mesure que E s'approche de 900, la
difference de phase entre les signaux clignotants s'approchent de 1800
Aucun autre parametre etudie dans la simulation n'a une influence sur
la difference de phase des signaux clignotants Par consequent, la
phase entre les signaux clignotants devraient donner une mesure de l
et le dephasage moyen de la dispersion et la phase des signaux
clignotants peuvent etre utilises pour ajuster le verrouillage a une
valeur minimale.
Par consequent, par comparaison de la difference de phase entre les
signaux clignotants, on peut ajuster le par- cours du laser dans un
gyroscope a laser en anneau pour minimiser le verrouillage entre les
faisceaux.
Il est a noter que le concept de la presente invention peut etre mis
en oeuvre tant dans les gyroscopes mis en vibration que ceux qui ne le
sont pas En outre, bien que la description vise un mode de realisation
prefere avec mise en oeuvre de trois miroirs dans un boitier
triangulaire, l'invention peut s'appliquer a un bottier de forme
appropriee dans lequel sont montes plus de trois miroirs.
Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent etre apportees au
dispositif decrit et represente sans pour autant sortir de
l'invention.
Claims
_________________________________________________________________
REVENDICATIONS
1 Gyroscope a laser en anneau comprenant au moins trois miroirs
d'angle reflechissants delimitant une cavite dans laquelle deux
faisceaux laser circulent en sens opposes, caracterise en ce qu'il
comprend un systeme pour minimiser le verrouillage entre faisceaux
comprenant: des premiers moyens de photodetection (PD 1) destines a
detecter un signal clignotant d'un premier faisceau; des seconds
moyens de photodetection (PD 2) destines a detecter un signal
clignotant d'un second faisceau des moyens (2) relies aux sorties des
premiers et seconds moyens de photodetection (PD 1,PD 2) pour detecter
la difference de phase entre elles et a emettre un signal d'erreur en
fonction de la phase; des premier et second transducteurs (T 1,T 2)
relies respectivement a des premier et second miroirs (M 1,M 2) pour
deplacer separement ces miroirs, effectuant de ce fait une
modification de la longueur du parcours des faisceaux laser; et des
moyens d'entrainement des miroirs (8) recevant en entree le signal
d'erreur et relies par ses sorties aux premier et second transducteurs
(T 1,T 2) pour ajuster simultane- ment les premier et second miroirs
(M 1,M 2), et par consequent la longueur du parcours des faisceaux
afin de minimiser le verrouillage entre les faisceaux.
2 Gyroscope selon la revendication 1, caracterise en ce que le
verrouillage entre faisceaux est minimise lorsque les signaux
clignotants sont dephases de 1800.
3 Gyroscope selon la revendication 2, caracterise en ce que les moyens
de detection de phase comprennent des premiers et seconds moyens (3,4)
d'amplification des signaux clignotants detectes; et un comparateur de
phase (7) relie par ses entrees a la sortie des moyens
d'amplification, le signal d'erreur apparaissant a la sortie du
comparateur de phase.
4 Gyroscope a laser en anneau qui minimise le verrouill- age entre
faisceaux, caracterise en ce qu'il comprend: un boitier (2) delimitant
une cavite (3) dans laquelle circulent des premier et second faisceaux
en sens opposes un miroir fixe (M 3) monte a un premier angle du
boitier et permettant un rayonnement partiel des faisceaux de sortir
de celui -ci; des premier et-seco-nd miroirs mobiles (M 1,M 2) montes
aux second et troisieme angles du boitier (2) pour ajuster la longueur
du parcours des faisceaux a l'interieur de la cavite (3); des premier
et second moyens (M 4,M 5) destines a diviser les faisceaux de sortie
en premier et second composants respectifs des faisceaux (B 3,B 4; B
5,B 6); des moyens (M 6) -dest 4 ines-a combiner les premiers
composants; des premiers moyens de photodetection (FD) destines a
recevoir les premiers composants combines et a emettre des donnees en
sortie du gyroscope a laser en anneau; des seconds moyens de
photodetection (PD 1) recevant un second composant d'un faisceau, et
detectant un signal clignotant sur celui-ci; des troisiemes moyens de
photodetection (PD 2) recevant un second composant de l'autre faisceau
et detectant un signal clignotant sur celui-ci; des moyens (2) relies
par ses entrees aux sorties des secondszet troisiemes moyens de
photodetection (PD 1,PD 2) pour detecter la phase entre les signaux
clignotants et emettre un signal d'erreur en consequence; et des
moyens (8) sensibles au signal d'erreur pour entrainer simultanement
les miroirs afin-d'assurer un verrouillage minimal entre faisceaux.
Gyroscope selon la revendication 4, caracterise en ce que les premier
et second miroirs mobiles (M 1,M 2) comprennent chacun un transducteur
(T 1, T 2) relie a un miroir, une entree de chaque transducteur etant
reliee a la sortie des moyens d'entrainement.
6 Gyroscope selon la revendication 4, caracterise en ce que le
verrouillage entre faisceaux est minimal lorsque les signaux
clignotants sont dephases de 1800.
7 Gyroscope selon la revendication 4, caracterise en ce que les moyens
de detection de phase (2) comprennent des premiers et seconds moyens
(5,6) d'amplification des signaux clignotants detectes; et un
comparateur de phase (7) relie par ses entrees a la sortie des moyens
d'amplification, le signal d'erreur apparaissant en sortie du
comparateur de phase.
8 Procede permettant de minimiser le verrouillage entre faisceaux dans
un gyroscope a laser en anneau, caract- erise en ce qu'il comprend les
etapes suivantes: photodetection du signal clignotant sur un premier
faisceau du gyroscope a laser en anneau; photodetection du signal
clignotant sur un deuxieme faisceau du gyroscope a laser an anneau;
detection de la phase entre les signaux clignotant;et ajustement de la
longueur du parcours des faisceaux jusqu'a ce que la phase detectee
entre les signaux clignot- ants soit sensiblement egale a 1800.
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