FR2551571A1 - Dispositif de traitement numerique prevu pour l'utilisation avec un capteur de vitesse angulaire a accelerometre - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE LES CAPTEURS DE VITESSE ANGULAIRE. DANS UNE STRUCTURE UTILISANT UNE PAIRE D'ACCELEROMETRES 10, 12 VIBRANT DANS UNE DIRECTION NORMALE A LEURS AXES DE DETECTION DE FORCE, ON UTILISE UN CIRCUIT COMPRENANT DES CONVERTISSEURS TENSION-FREQUENCE 70, 82 POUR CONVERTIR LES SIGNAUX DE SORTIE ANALOGIQUES DES ACCELEROMETRES EN SIGNAUX NUMERIQUES REPRESENTANT LE MOUVEMENT DE TRANSLATION ET LA VITESSE DE ROTATION DE LA STRUCTURE. APPLICATION AUX SYSTEMES DE NAVIGATION INERTIELS.

Description

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Le sujet de la présente demande est lié à celui di brevet des E U A n 4 445 376 déposé le 12 Mars 1982 et de la Continuation-in-part (C I P) des E U A n 528 776 déposée le 2 Septembre 1983, qui portent sur des dispositifs et des procédés de mesure de la force spécifique et de la vitesse angulaire d'un corps mobile utilisant des accéléromètres mobiles. La présente invention porte sur des circuits destinés à élaborer des signaux de force inertielle spécifique et de vitesse angulaire pour un corps mobile, à partir d'un 10 ensemble d'accéléromètres entraînés de façon cyclique L'invention porte en particulier sur des circuits numériques

destinés à élaborer des signaux numériques de force spécifique et de vitesse angulaire à partir d'une paire d'accéléromètres qu'on fait vibrer dans une direction normale à 15 leurs axes sensibles.

Les demandes de brevet précitées ainsi que des articles décrivent des circuits destinés à séparer des signaux de force par rapport à des signaux de rotation à la sortie d'un seul accéléromètre ou d'une paire d'accéléromè20 tres qu'on soumet à une rotation ou une vibration cyclique à une fréquence constante C Dans ces circuits, le signal

de sortie analogique du ou des accéléromètres est intégré sur la période T d'un cycle de W au moyen d'un circuit intégrateur, et il est ensuite appliqué à un circuit échan25 tillonneur-bloqueur, pour obtenir un signal de force spécifique F Simultanément, les signaux de sortie du ou des accéléromètres sont multipliés par le signal sgncoswt correspondant à une fonction dont la valeur moyenne est nulle.

Ce signal est ensuite intégré sur la période T et appliqué 30 à un circuit échantillonneur-bloqueur Comme il est décrit en détail dans les demandes de brevet précitées, le signal résultant représente la rotation du ou des accéléromètres

autour de l'axe de détection de force du ou des accéléromètres.

Du fait que les systèmes de navigation inertiels,

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auxquels les systèmes de mesure de force et de vitesse angulaire décrits ci-dessus s'appliquent tout particulièrement, exigent des signaux d'entrée numériques à un certain point parce qu'ils emploient des ordinateurs, il est très souvent nécessaire de convertir sous forme numérique les signaux de sortie de tension ou de courant des accéléromètres, qui représentent une force spécifique et une vitesse angulaire. L'invention a donc pour but de procurer un cir10 cuit qui puisse accepter des signaux analogiques provenant d'un ou de deux accéléromètres vibrant dans une direction normale à leur axe de détection de force, et qui convertisse ces signaux en signaux numériques représentant un signal

de force et un signal de vitesse angulaire.

L'invention a également pour but de procurer un circuit destiné à élaborer un signal de vitesse angulaire, à partir d'un signal d'accélération produit par un accéléromètre se déplaçant avec une fréquence périodique (o, ce circuit comprenant un circuit de commutation de signe desti20 né à multiplier le signal d'accélération par une fonction périodique à la fréquence oi ayant une valeur moyenne nulle; un circuit de conversion destiné à convertir le signal d'accélération multiplié en un signal de fréquence; et un compteur destiné à produire à partir du signal de fréquence une représentation numérique de la vitesse angulaire Le circuit peut également comprendre un second circuit de conversion destiné à convertir le signal d'accélération en une seconde fréquence et un second compteur destiné à produire une

représentation numérique de la force détectée par l'accéléro30 mètre, sous la dépendance du second signal de fréquence.

Un but supplémentaire de l'invention est de procurer un circuit destiné à élaborer, à partir de signaux d'accélération produits par une paire d'accéléromètresqui sont mis en vibration à une fréquence e) dans un référentiel, dans 35 une direction normale à leurs axes sensibles, un signal de

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force représentant l'accélération du référentiel le long de l'axe sensible, et un signal de rotation représentant la rotation du référentiel autour d'un axe normal à la direction de vibration Ce circuit comprend un circuit géné5 rateur d'impulsions destiné à générer des impulsions ayant une fréquence liée fonctionnellement à u; un circuit de pré-traitement qui comprend un premier circuit de sommation destiné à combiner les signaux d'accélération pour donner un signal analogique représentant l'accélération du référen10 tiel le long de l'axe sensible, ne contenant pratiquement aucune composante représentant la rotation du référentiel, et un second circuit de sommation destiné à combiner les signaux d'accélération pour donner un signal analogique ne contenant pratiquement pas de composantes représentant l'accélération du référentiel le long de l'axe sensible, et contenant des composantes représentant la rotation du référentiel Le circuit comprend également un circuit de commutation de signe destiné à multiplier le signal de vitesse analogique par la fonction périodique sgncoswt ayant une va20 leur moyenne nulle; un premier convertisseur tension-fréquence destiné à convertir le signal de force analogique en un premier signal de fréquence; un second convertisseur tension-fréquence destiné à convertir le signal de vitesse analogique multiplié en un second signal de fréquence; un 25 premier circuit compteur fonctionnant sous la dépendance du circuit générateur d'impulsions et ayant pour fonction de compter les cycles du premier signal de fréquence sur une partie prédéterminée de la fréquence W, afin de produire un signal de force numérique, et un second circuit compteur qui 30 fonctionne sous la dépendance du générateur d'impulsions de façon à compter les cycles du second signal de fréquence sur la partie prédéterminée de la fréquence t, afin de produire

un signal de vitesse numérique.

Un autre but de l'invention est d'adjoindre aux

circuits décrits ci-dessus un circuit de correction qui com-

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bine les signaux de sortie des compteurs avec des valeurs

qui représentent les facteurs de proportionnalité d'accéléromètres, afin d'améliorer la précision des signaux numériques de force et de vitesse angulaire.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de

la description qui va suivre de modes de réalisation et en

se référant aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1 est une représentation en perspective simplifiée d'accéléromètres jumelés dont les axes de dé10 tection de force sont parallèles à un axe de vibration angulaire; La figure 2 est une représentation en perspective simplifiée d'accéléromètres jumelés disposés dos à dos avec leurs axes de détection de force normaux à un axe de 15 vibration angulaire; La figure 3 est une représentation simplifiée d'accéléromètres jumelés disposés dos à dos avec leurs axes de détection de force normaux à la direction de vibration linéaire; La figure 4 est un schéma qui illustre le fonctionnement de la eonfiguration d'accéléromètres jumelés de la figure 1 dans un capteur de vitesse angulaire à trois axes; et La figure 5 est un schéma synoptique d'un circuit 25 de séparation de signaux numériques destiné à être utilisé

avec une paire d'accéléromètres.

Le circuit de traitement numérique qui est décrit ici utilise des signaux de sortie d'accéléromètre à partir desquels on calcule les composantes d'un vecteur de force spé30 cifique F et les composantes d'un vecteur de vitesse angulaire ou, tandis que les composantes parasites de ces signaux sont supprimées Les signaux d'accéléromètre proviennent soit d'un seul accéléromètre soit d'une paire d'accéléromètres qui

sont soumis à une vibration ou sont déplacés de toute autre 35 manière avec un mouvement cyclique ou périodique, sous l'ef-

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fet d'un signal périodique ayant une fréquence w La direction du mouvement des accéléromètres est normale à l'axe de détection de force des accéléromètres, de façon que les signaux de sortie d'accéléromètre comprennent des composan5 tes de vitesse angulaire qui résultent de forces de Coriolis détectées par l'accéléromètre La théorie détaillée de l'utilisation d'accéléromètres pour obtenir une information de vitesse angulaire dans un système inertiel est présentée dans les demandes de brevet précitées Comme il est 10 indiqué dans ces demandes de brevet, on obtient une information de vitesse angulaire à partir d'un signal de sortie d'accéléromètre en multipliant ce signal par une fonction périodique de valeur moyenne nulle ayant une fréquence w, de la forme sgnooswt, en intégrant ce signal multiplié sur 15 la période T d'un cycle de W et en utilisant un circuit échantillonneur-bloqueur pour conserver une tension qui représente une valeur de la rotation pour la période T, autour d'un axe normal à l'axe de vibration On génère de façon similaire un signal de force spécifique représentant l'accélé20 ration d'une structure contenant le ou les accéléromètres dans la direction de l'axe de détection de force, en intégrant le signal de sortie d'accéléromètre sur la période T. De cette manière, on sépare effectivement l'un de l'autre

les signaux de force et de rotation et on peut donc obtenir 25 ces signaux à partir d'un signal de sortie d'accéléromètre.

Les configurations d'accéléromètres jumelés qui sont représentées sur les figures 1 à 3 procurent des perfectionnements importants par rapport à un accéléromètre unique, en ce qui concerne le niveau de signal aussi bien pour le si30 gnal de force que pour le signal de vitesse angulaire, tout en procurant simultanément une réduction du bruit des signaux Un avantage particulier de l'utilisation d'accéléromètresassociés par paires de la manière représentée sur les figures 1-3 consiste en ce que le bruit présent dans les signaux de force et 35 de vitesse est multiplié par la racine carrée de 2, tandis

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que le signal effectif qui mesure la force et la vitesse angulaire est doublé, ce qui fait que le rapport signal à bruit est amélioré d'un facteur égal à la racine carrée de 2 De plus, des perturbations d'accélération courantes dans le signal de vitesse, dues à des forces externes qui peuvent résulter de sources liées au véhicule et à des moyens mécaniques,sont pratiquement annulées dans le type de

configuration qui est représenté.

La figure 1 représente une première configura10 tion d'accéléromètres jumelés dans laquelle deux accéléromètres 10 et 12 sont montés sur une embase tournante 14 qui présente une vibration angulaire de faible amplitude autour

d'un axe de rotation 16, comme l'indiquent les flèches 18.

Les axes de détection de force A 1 et A 2 des accéléromètres z z 10 et 12 sont orientés dans la même direction et sont alignés de façon à être parallèles à l'axe Z autour duquel le

support 14 vibre.

La figure 2 montre une seconde configuration d'accéléromètres jumelés dans laquelle deux accéléromètres 20 20 et 22 sont montés sur un support 24 qui est soumis à une vibration angulaire autour d'un axe Z indiqué en 28, comme le suggère la flèche 26 Dans cette configuration, les accéléromètres 20 et 22 sont fixés dos à dos au support 24 d'une manière telle que les axes de détection de force A 1 et A 2 x x soient parallèles mais de sens opposés, et soient également normaux à l'axe de vibration angulaire Z. La figure 3 montre une troisième configuration dans laquelle deux accéléromètres 30 et 32 sont disposés dos à dos avec leurs axes de détection de force A' et A 2 orienY Y

tés parallèlement mais dans des sens opposés Dans cette configuration, les accéléromètres 30 et 32 sont soumis à une vibration linéaire dans la direction d'un axe X, comme l'indiquent les flèches 34 et 36.

La figure 4 illustre la façon selon laquelle on peut 35 utiliser une configuration ou un mécanisme employant des accé-

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léromètres jumelés du type représenté sur la figure 1,pour produire des signaux représentant des forces et une rotation dans un système à trois axes La figure 4 montre comment on peut associer les accéléromètres jumelés 10 et 12 de la figure 1 en triades dans lesquellesles accéléromètres i 2 sont désignés par leurs axes de détection de force A x, Ax, A 1 2 1 et Ay, Ay, Azet Az, pour effectuer une détection de force et une détection de vitesse angulaire dans les directions des axes orthogonaux X, Y et Z qui forment un référentiel pour 10 le système, et autour de ces axes La configuration représentée sur la figure 4 convient à l'utilisation dans un système de référence inertiel qui peut à son tour être utilisé dans un système de navigation inertiel Sur la figure 4, on fait vibrer les paires d'accéléromètres avec une pulsa15 tion constante W et une amplitude angulaire constante Si Les signaux de sortie d'accéléromètre contiennent l'information de base nécessaire pour élaborer des signaux de rotation a i et des signaux de force Fi représentant le mouvement du système qui contient les accéléromètres, dans les directions du référentiel défini par les axes X, Y et Z, et

autour de ces directions.

Comme il a été indiqué précédemment et comme il est décrit dans les demandes de brevet des E U A no 357 714 et 357 715, on peut utiliser un dispositif de trai25 tement analogique ayant des signaux de sortie représentés par une paire de tensions d'échantillonneur-bloqueur, pour séparer les signaux de force spécifique par rapport aux signaux de vitesse angulaire L'une des tensions d'échantillonneur-bloqueur représente une force spécifique en valeur moyenne sur la période de vibration ou de mouvement du mécanisme T, et l'autre tension d'échantillonneur-bloqueur représente la vitesse angulaire, en valeur moyenne sur la même période T Ces deux tensions sont mises à jour une fois au cours de chaque période T, ce qui peut correspondre par exemple à une 35 cadence d'environ 30 Hz Il faut noter que l'approximation qui

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intervient dans le calcul de la moyenne de la vitesse angulaire est due à de petites erreurs dynamiques qui peuvent exister pour certains mouvements d'entrée appliqués aux

accéléromètres, mais, d'autre part, pour de nombreux mouve5 ments d'entrée englobant le cas d'une vitesse constante,la moyenne est exempte d'erreur.

Du fait que les signaux de sortie du circuit d'élaboration de signaux décrit ci-dessus sont des tensions, il est nécessaire de convertir le signal de sortie du système 10 en un format numérique pour que les signaux de force spécifique et de vitesse angulaire puissent être utilisés par un système numérique tel qu'un système de navigation inertiel.

En plus de la réalisation de l'interface avec un ordinateur

numérique, il est souhaitable d'accomplir cette conversion 15 numérique dans le but de permettre une compensation numérique du comportement en température déterminé des capteurs.

Une façon de numériser le signal de sortie d'un circuit d'élaboration de signal consisterait à appliquer simplement les signaux de sortie des circuits échantillon20 neurs-bloqueurs à un convertisseur analogiquenumérique Cependant, lorsqu'on considère la question plus en détail,

cette technique bien que directe présente un certain nombre d'inconvénients Le premier problème concerne la dynamique.

Les signaux présents dans le canal de force spécifique peu25 vent être compris dans une plage allant de 10-6 m/s pendant l'alignement d'un système de navigation inertiel jusqu'à m/s 2 pendant le fonctionnement d'un véhicule tel qu'un missile contenant le système de navigation inertiel Ceci nécessiterait un convertisseur analogique-numérique ayant une dy30 namique de 2 x 108 à 1, ce qui nécessiterait à son tour 29 bits y compris un bit de signe Les signaux de vitesse angulaire peuvent exiger une dynamique encore plus étendue A titre d'exemple, dans une application relative à un système lié mécaniquement au véhicule, des rotations de 0, 01 /heure à

15000 /seconde exigeraient une dynamique de 5 x 108 à 1, impli-

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quant l'utilisation d'un convertisseur analogique-numérique ayant 30 bits, y compris un bit de signe Il n'existe pas à l'heure actuelle de numériseurs capables d'accepter une

telle dynamique.

En outre, lorsqu'on considère une configuration d'accéléromètres dans laquelle les accéléromètres sont montés dos à dos, comme il est représenté sur les figures 2 ou 3, et lorsqu'on utilise un amplificateur de somme et de différence pour pré-séparer les signaux de vitesse angulaire 10 résultant de forces de Coriolis par rapport aux signaux de force spécifique, comme la configuration représentée dans

le brevet précité n 4 445 376, pour atténuer correctement la sensibilité aux vibrations du canal de vitesse angulaire du dispositif de traitement, il peut être néces15 saire dans de nombreuses applications d'apparier les facteurs de proportionnalité des deux accéléromètres avec une tolérance de 100 ppm, sur une gamme de température étendue.

A titre d'exemple, un tel appariement pourrait exiger des capteurs dont les facteurs de proportionnalité de tension soient appariés avec une tolérance de 50-70 ppm par la sélection de résistances d'ajustage, et dont les coefficients de température du facteur de proportionnalité soient appariés par tri avec une tolérance de 1 à 2 ppm/ C Ceci peut évidemment être une pratique extrêmement coûteuse et malcommode,

en particulier lorsqu'il est nécessaire de remplacer un accéléromètre sur les lieux d'utilisation.

En outre, la technique consistant à ajouter simplement un convertisseur analogique-numérique aux circuits échantillonneurs-bloqueurs du dispositif de traitement décrit dans le C^I P des E U A n 528 776, conduit à un système relativement complexe, du fait qu'elle exige que le dispositif de traitement de signal analogique complet soit suivi par un dispositif de conversion des signaux de force et de vitesse angulaire

vers le domaine numérique.

Une technique théoriquement plus simple consiste à

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numériser directement les signaux de sortie des accéléromètres et à simuler dans le domaine numérique, au moyen d'un microprocesseur, la fonction du dispositif de traitement analogique du brevet des E U A n 357 715 En principe, cette technique permettrait une modélisation du comportement en température des accéléromètres individuels et elle éliminerait donc l'appariement analogique coûteux envisagé ci-dessus Cette technique est cependant affectée par le problème de dynamique envisagé ci-dessus En fait, la dyna10 mique est encore plus élevée du fait qu'une rotation de 1500 /seconde ne peut pas produire dans un accéléromètre un signal de crête très supérieur à 10 m/s 2, tandis que l'accéléromètre doit simultanément accepter la valeur maxi2 male de la force spécifique qui peut s'élever jusqu'à 200 m/s 2. 15 Il en résulte que la dynamique qui doit être numérisée augmente d'au moins 4 bits pour atteindre plus de 32 bits, y compris un bit de signe En outre, cette numérisation à très haut niveau doit être accomplie à la cadence d'au moins

300 échantillons par seconde, pour permettre de réaliser de 20 façon numérique les fonctions d'intégration.

Une autre technique pour résoudre les problèmes de dynamique envisagés cidessus, en particulier dans des signaux qui doivent être intégrés, consiste à utiliser des convertisseurs courant-fréquence ou tensionfréquence L'intégration par rapport au temps peut être accomplie dans un circuit compteur qui est restauré par des impulsions discrètes d'aire constante Pour un accéléromètre, la valeur de comptage de fréquence pour chaque impulsion représenterait alors un changement déterminé de vitesse, exprimé par exemple en mètres par secon30 de, et donc un changement de vitesse résultante Avec ce procédé, on peut mesurer l'intégrale par rapport au temps du signal de sortie d'un convertisseur tension-fréquence, en accumulant

des impulsions de fréquence dans un compteur.

Cependant, si on applique simplement les signaux de sortie des accéléromètres à un convertisseur tension-fréquence, il on doit prendre en considération un certain nombre d'aspects pratiques importants Les convertisseurs tension-fréquence fonctionnent de façon caractéristique à une cadence d'environ 000 impulsions par seconde, bien qu'on ait réalisé des convertisseurs tension-fréquence qui fonctionnent à une cadence s'élevant jusqu'à 250 000 impulsions par seconde Si on utilise 250 000 impulsions par seconde pour représenter le signal de sortie de pleine échelle d'un accéléromètre, lorsqu'on prend une accélération de 20 g, soit environ 200 m/s, une impulsion représente un changement de vitesse de 0,80 mm/s A une fréquence d'échantillonnage de 30 Hz, 0,80 mm/s correspond à une accélération de crête de 0,15 m/s 2 soit environ 0,015 g Ceci présente un problème du fait que l'information de vitesse de Coriolis apparaît sous la forme 15 d'un signal de courant alternatif, par exemple à 30 Hz, et pour un facteur de proportionnalité caractéristique de 0,001 g pour 10/seconde, 0,015 g représente 15 O/seconde Il en résulte que pour des vitesses d'entrée inférieures à 15 o/seconde, le signal oscillant ne produira jamais un changement de vitesse apparente suffisant pour que le convertisseur tension-fréquence émette au moins une impulsion Ainsi, en tant que capteur de vitesse, le système d'accéléromètres aura un seuil de 150/ seconde, ce qu'on ne considère normalement pas comme un niveau

de performance acceptable pour un système de navigation iner25 tiel.

La figure 5 montre un schéma synoptique du mode de réalisation préféré d'un circuit destiné à résoudre les problèmes envisagés ci-dessus Le but essentiel de ce circuit est de séparer des composantes présentes dans les signaux de sor30 tie des accéléromètres 10 et 12 qui représentent une force ou une variation de vitesse angulaire selon les axes sensibles des accéléromètres, par rapport à des composantes qui représentent une rotation des accéléromètres autour d'un axe normal à l'axe de vibration La théorie fondamentale de la séparation 35 des signaux selon laquelle fonctionne le circuit de la figure est identique à celle décrite en détail dans le brevet des E.U A n 4 445 376 Dans un but d'illustration, la structure d'accéléromètres, comprenant les accéléromètres 10 et 12, est la même que celle représentée sur la figure 1, mais on notera qu'on pourrait aisément modifier la configuration de circuit de la figure 5 pour accepter les configurations d'accéléromètres des figures 2 et 3. Le circuit de la figure 5 comprend un générateur d'impulsions de commande 40 qui génère sur une ligne 42 une 10 série d'impulsions qui est liée fonctionnellement à la fréquence W qui est utilisée en tant que signal d'entrée appliqué à un générateur de signal d'entraînement 44 Le générateur de signal d'entraînement 44 a pour but de -faire vibrer les accéléromètres 10 et 12 dans une direction angulaire, de 15 la manière représentée sur la figure 1, avec une fréquence WO Les accéléromètres 10 et 12 émettent alors sur les lignes

46 et 48 des signaux d'accélération respectifs ai et a 2.

z z Un circuit de pré-séparation 50, qui comporte des jonctions de sommation 52 et 54, reçoit les signaux d'accélé20 ration présents sur les lignes 46 et 48 Du fait que les axes de détection de force des accéléromètres 10 et 12 représentés sur la figure 1 sont alignés dans la même direction, le signal de sortie de la jonction de sommation 52, sur la ligne 56, sera un signal faisant effectivement la somme de l'accé25 lération détectée des accéléromètres 10 et 12 le long de l'axe de détection de force Z, représenté sur la figure 1, tout en éliminant pratiquement simultanément les composantes de vitesse angulaire qui sont produites par des forces de Coriolis De façon similaire, les signaux de sortie d'accéléromètre sur les 30 lignes 46 et 48 font l'objet d'un calcul de différence dans la jonction de sommation 54, pour donner sur la ligne 58 un

signal dont les composantes de vitesse angulaire sont notablement renforcées, tandis que les composantes de force sont pratiquement éliminées.

Le signal contenant l'information de force, sur la ligne 56, et le signal contenant l'information de vitesse angulaire, sur la ligne 58, sont ensuite appliqués à des amplificateurs de cadrage respectifs 60 et 62 qui ont pour fonction de cadrer le signal de force en le multipliant par 5 un facteur de proportionnalité approprié KF, et de cadrer le signal de vitesse angulaire en le multipliant par un facteur de proportionnalité approprié K Le signal de vitesse analogique cadré provenant de l'amplificateur de cadrage 62 est appliqué par une ligne 64 10 à un circuit de multiplication 66 qui multiplie le signal de vitesse par le signal périodique à valeur moyenne nulle sgncct Le circuit de commutation de signe 66 émet sur une ligne 68 un signal analogique ayant la forme Kr L(a 1-a 2) z z sgnct, qui contient une information de vitesse angulaire. 15 Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, un circuit convertisseur tension-fréquence 70 reçoit le signal analogique présent sur la ligne 68 et convertit l'information de vitesse en un signal de fréquence qui est ensuite appliqué par une ligne 72 à un compteur numérique 74 Le compteur 74 20 intègre effectivement le signal de sortie du circuit de commutation de signe 66 en comptant le nombre de cycles du signal de sortie de fréquence sur la ligne 72, pendant une durée telle que T qui peut représenter par exemple un cycle de la fréquence W Comme le montre la figure 5, le compteur 25 74 reçoit sur une ligne 76 un signal qui provient du générateur d'impulsions de commande 40 et qui représente la durée T Ainsi, à la fin de chaque durée T, le compteur 74 émet sur une ligne 78 un signal numérique AQ qui représente la rotation à laquelle la structure contenant les accéléromètres 10 30 et 12 a été soumise pendant le cycle T Ce signal est ensuite utilisé en tant que signal d'entrée pour un microprocesseur

portant la référence 80.

D'une manière similaire, le signal de force cadré KF(a 1 +a 2) est appliqué par une ligne 84 à un second circuit z 35 convertisseur tensionfréquence 82 qui a pour fonction de 35 convertisseur tension-fréquence 82 qui a pour fonction de convertir ce signal analogique en un signal de fréquence sur une ligne 86 Un second compteur 88 intègre effectivement le signal de fréquence sur une durée T, et un signal numérique Av représentant la variation de vitesse de la structure con5 tenant les accéléromètres 10 et 12 sur la durée T est transmis par une ligne 90 vers le microprocesseur 80 Il en résulte que le microprocesseur 80 reçoit le signal e qui correspond à un signal de vitesse analogique -L, et un signal Av qui correspond à un signal de force analogique F. Une fonction de cadrage et une compensation en température sont également prévues dans le circuit de la figure Par exemple, une information relative à la valeur préférée des coefficients de proportionnalité KF et K peut être transmise à partir du microprocesseur 80, par une paire de 15 lignes 92 et 94, vers les amplificateurs de cadrage respectifs 60 et 62 Une compensation de température appropriée pour les accéléromètres 10 et 12 est effectuée dans le microprocesseur, au moyen d'une paire de lignes 96 et 98 qui

transmettent des données de température vers le microproces20 seur 80, àpartir de capteurs de température (non représentés) dans chacun des accéléromètres 10 et 12.

On peut encore affiner les valeurs de Av et a Q en utilisant le microprocesseur 80 pour calculer les valeurs de v et A O conformément aux équations ( 1) et ( 2) indiquées 25 ci-dessous: ell (Kl+K 2)-e 21 (K -K 2) +e 12 (K 1 +K 2)-e 22 (K 1-K 2)

= 2 2 2 12 12 2 ( 1)

1 K 2 e 21 (K 1 +K 2)-eil (Ki-K 2)+e 22 (K 1 +K 2)-e 12 (K 1-K 2)

AQ = 8 KK ( 2)

1 i 2 Dans les équations ci-dessus, K 1 est la valeur du facteur de proportionnalité pour le premier accéléromètre 10 et K 2 est la valeur du facteur de proportionnalité pour l'accéléromètre 12 Dans la configuration de la figure 5, e représente les signaux de sortie des compteurs 88 et 74, et il désigne le signaux de sortie des compteurs 88 et 74, et i= 1 désigne le signal de sortie du second compteur 88 tandis que i= 2 désigne le signal de sortie du premier compteur 74 De façon similaire, j indique à quel demi-cycle de la fréquence W se rapporte la quantité e Pour la configuration de circuit de la figure 5, j=l représente le premier demicycle dans lequel sgnc It=+l et j= 2 représente le second demi-cycle dans

lequel sgncut=-l.

Il en résulte que si on transfère vers le microprocesseur 80 le contenu des compteurs 88 et 74 après chaque 10 demi-cycle de W, au lieu de le faire à la fin de chaque cycle complet T, le microprocesseur 80 sera capable d'utiliser les impulsions accumulées dans les compteurs 88 et 74 lorsque la fonction sgncut est dans l'état + 1 et, de façon

similaire, lorsque la fonction sgncwt est dans l'état -1.

Ceci permet en fait de modéliser séparément les accéléromètres 10 et 12 dans le microprocesseur 80 L'un des avantages essentiels de cette technique consiste en ce que le signal de force spécifique présent dans le signal de sortie numérique peut être annulé jusqu'à un niveau déterminé par la sta20 bilité des deux facteurs de proportionnalité K 1 et K 29 qui

peuvent être de 10 000/1 ou plus, bien que l'annulation analogique réelle puisse être limitée par des erreurs d'appariement à une valeur de l'ordre de 100/1.

Il va de soi que de nombreuses modifications peu25 vent être apportées au dispositif décrit et représenté, sans

sortir du cadre de l'invention.

Claims (7)

REVENDICATIONS

1 Circuit destiné à élaborer un signal de vitesse angulaire à partir d'un signal d'accélération produit par un accéléromètre ( 10, 12) se déplaçant avec une fréquence pério5 dique Wj, caractérisé en ce qu'il comprend: des moyens de commutation de signe ( 66) connectés fonctionnellement à l'accéléromètre ( 10, 12) dans le but de multiplier le signal d'accéléromètre par une fonction périodique de fréquence u J et de valeur moyenne nulle; des premiers moyens de conver10 sion ( 70) connectés fonctionnellement aux moyens de commutation de signe ( 66) dans le but de convertir en un premier signal de fréquence le signal d'accélération multiplié; et des premiers moyens à compteur ( 74) connectés fonctionnellement aux premiers moyens de conversion ( 70) dans le but de 15 produire un signal numérique de vitesse angulaire sous la

dépendance du premier signal de fréquence.

2 Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que les premiers moyens de conversion comprennent un

circuit convertisseur tension-fréquence ( 70).

3 Circuit selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens à compteur comprennent un circuit

compteur ( 74) qui réagit à la fréquence W en comptant des cycles du premier signal de fréquence sur une partie prédéterminée d'un cycle de ladite fréquence ou.

4 Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre: des seconds moyens de conversion ( 82) connectés fonctionnellement à l'accéléromètre ( 10, 12) dans le but de convertir le signal d'accélération en un second signal de fréquence; et des seconds moyens à compteur ( 88) connectés fonctionnellement aux seconds moyens de conversion ( 82) dans le but de produire un signal numérique

de force sous la dépendance du second signal de fréquence.

Circuit selon la revendication 4, caractérisé en

ce que les ptemiers moyens de conversion comprennent un cir-

cuit convertisseur tension-fréquence ( 70); les seconds moyens de conversion comprennent un second circuit convertisseur tension-fréquence ( 82); les premiers moyens à compteur comprennent un premier circuit compteur ( 74) qui réagit à la 5 fréquence W en comptant des cycles du premier signal de fréquence sur une partie prédéterminée d'un cycle de ladite fréquence W; et les seconds moyens à compteur comprennent un second circuit compteur ( 88) qui réagit à la fréquence fi en comptant des cycles du second signal de fréquence sur ladite 10 partie prédéterminée d'un cycle de la fréquence W 6 Circuit destiné à produire à partir de signaux d'accélération produits par des premier et second accéléromètres ( 10, 12) qui sont mis en vibration à une fréquence u J dans un référentiel, dans une direction normale à leur axe 15 sensible, un signal de force représentant l'accélération du référentiel selon l'axe sensible,et un signal de rotation angulaire représentant la rotation du référentiel autour d'un axe normal à la direction de vibration, caractérisé en ce qu'il comprend: un circuit générateur d'impulsions ( 40) destiné à 20 produire des impulsions ayant une fréquence liée fonctionnellement à la fréquence W; un circuit de pré-traitement ( 50) connecté fonctionnellement aux deux accéléromètres ( 10, 12), comprenant un premier circuit de sommation ( 52) destiné à combiner les signaux d'accélération pour donner un signal 25 de force analogique ne comprenant pratiquement pas de composantes représentant une rotation, et un second circuit de sommation ( 54) destiné à combiner les signaux d'accélération pour donner un signal de vitesse de rotation analogique ne comprenant pratiquement pas de composantes représentant une 30 force; un circuit de commutation de signe ( 66) connecté au circuit générateur d'impulsions ( 40) et au second circuit de sommation ( 54) dans le but de multiplier le signal de vitesse de rotation analogique par le signal sgncoswt, correspondant à une fonction ayant une valeur moyenne nulle; un premier

circuit convertisseur tension-fréquence ( 82) connecté au pre-

mier circuit de sommation ( 52) pour convertir le signal de force analogique en un premier signal de fréquence; un second circuit convertisseur tension-fréquence ( 70) connecté au circuit de commutation de signe ( 66), pour convertir le signal de vitesse de rotation analogique multiplié en un second signal de fréquence; un premier circuit compteur ( 88) connecté au circuit générateur d'impulsions ( 40) et au premier circuit convertisseur tension-fréquence ( 82), dans le but de compter les cycles du premier signal de fréquence 10 sur une partie prédéterminée de la fréquence W, afin de produire un signal de force numérique; et un second circuit compteur ( 74) connecté au circuit générateur d'impulsions ( 40) et au second circuit convertisseur tension- fréquence ( 70), dans le but de compter les cycles du second signal de 15 fréquence sur ladite partie prédéterminée de la fréquence

afin de produire un signal de vitesse de rotation numérique.

7 Circuit selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un circuit de correction ( 80) com20 prenant: un circuit destiné à combiner le signal de force numérique avec le signal de vitesse angulaire numérique pour produire un signal de force corrigé âv conformément à la relation: eil (Kl+K 2)-e 21 (K 1-K 2)+e 12 (K 1 +K 2)-e 22 (K 1-K 2) v = 8 KK

8 K 1 K 2

et un circuit destiné à combiner le signal de force numérique avec le signal de vitesse angulaire numérique pour produire un signal de vitesse angulaire corrigé conformément à la relation: e 21 (K 1 +K 2)-ell (K 1-K 2)+e K+ 2 -e 12 (K+K( 1-K 2)

8 K 1 K 2

dans lesquelles K et K représentent les facteurs de propori 2 tionnalité des accéléromètres ( 10, 12) et eij représente les signaux de sertie des premier et second circuits compteurs ( 74, 88), i désignant le circuit compteur individuel et j= 1 désignant le premier demi-cycle de A tandis que j= 2 désigne le second demi-cycle de W