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Auteur(s)
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Pierre LÉGER : Ingénieur SAGEM - Ancien chef de l’unité de recherche et développement Senseurs inertiels
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Les gyroscopes vibrants représentent aujourd’hui une nouvelle et importante technologie inertielle, non seulement parce que, pour certains d’entre eux, ils ont montré leur capacité à être très performants (on dit alors qu’ils sont de classe inertielle), mais que, surtout, dans les autres technologies dites « solid-state » (gyroscopes laser et à fibre optique), les gyroscopes n’ont pas la même aptitude que les gyroscopes vibrants à être miniaturisés et fabriqués à des coûts faibles.
C’est la raison pour laquelle cette technologie de gyroscopes vibrants continue de faire l’objet de recherches intensives, aux États-Unis, en Russie, en Europe et au Japon, dans le domaine des applications civiles (stabilisation d’antennes, de caméscopes, navigation automobile, etc.) et militaires (guidage d’engins, stabilisation spatiale, avionique…).
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Oscillateur linéaire deux axes. Coefficient de Bryan
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2. Les deux classes de gyroscopes vibrants
Contrairement aux gyroscopes mécaniques à toupie où le nombre de variétés est assez réduit, il existe une profusion de formules de gyroscopes vibrants qui diffèrent par la forme de leur résonateur, par les éléments transducteurs employés (couplage électromécanique entre le résonateur mécanique et l’électronique de mise en œuvre), par leur mode de fonctionnement, ou par la technologie et les matériaux employés.
Les plus répandus fonctionnent en mode gyromètre. Un des modes de résonance du corps élastique est entretenu à une amplitude déterminée. Quand l’appareil tourne autour d’un axe particulier, les forces résultantes de Coriolis, agissant sur les masses en mouvement du résonateur, excitent un second mode de résonance. C’est sur ce principe qu’a fonctionné le premier Gyrotron de Sperry : le mode entretenu est le mode de vibration naturel du diapason-branches en opposition de phase ; le second mode est le mode de torsion du diapason autour de son axe longitudinal.
La vitesse à laquelle l’énergie mécanique est transférée vers ce second mode constitue la mesure de la vitesse de rotation autour de l’axe sensible de l’appareil. Dans la plupart des cas, la fréquence naturelle du second mode est ajustée pour être proche de la fréquence du 1er mode propre entretenu du résonateur, de façon à accroître la sensibilité du dispositif.
D’autres types de gyroscopes vibrants peuvent fonctionner en mode gyroscope (appelé aussi mode gyromètre-intégrateur), c’est-à-dire qu’ils fournissent directement l’angle parcouru dans l’espace inertiel.
Nous considérons ainsi que les gyroscopes vibrants peuvent être répartis en deux classes qui dépendent de la nature des deux modes de vibration concernés.
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Résonateur à deux modes de vibration différents
Dans la première classe, les deux modes de vibration sont différents. L’exemple typique de cette classe d’appareil est le Gyrotron (gyroscope diapason), dont nous avons parlé précédemment (figure 1).
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Résonateurs à deux modes de vibration identiques
Dans la seconde classe, les deux modes de vibration sont identiques, ces deux modes étant les deux modes dégénérés et « orthogonaux »...
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Les deux classes de gyroscopes vibrants
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - FOUCAULT (L.) - Démonstration physique du mouvement de la Terre au moyen du pendule. - C. R. Acad. Sc. Paris, vol. 32, août 1851, p. 135-138.
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(2) - BRYAN (G.H.) - On the beats in the vibrations of a revolving cylinder or bell. - Proceedings of the Cambridge Philosophical Society, vol. 7, nov. 24th, 1890, p. 101-107.
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(3) - FRIEDLAND (B.), HUTTON (M.) - Theory and Error Analysis of Vibrating Member Gyroscope. - IEEE Transactions on Automatic Control, vol. Ac-23, n 4, août 1978, p. 545-556.
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(4) - ZHURAVLEV (V.F.) - Theorical Foundations of Solid-State Gyroscopes. - Bulletin RAN, MTT, vol. 28, n 3, 1993, p. 6-19.
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(5) - BAKER (G.N.) - Quartz Rate Sensor from Innovation to Application. - Symposium Gyro Technology 1992, Stuttgart, Allemagne, p. 11.0-11.20.
-
(6) - LYNCH (D.D.) and al - Hemispherical...
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