FR2558588A1 - MONOAXIAL COMBINED SENSOR FOR MEASURING ROTATION SPEED AND LINEAR ACCELERATION OF A BODY - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN CAPTEUR COMBINE MONOAXIAL SENSIBLE A LA VITESSE DE ROTATION ET A L'ACCELERATION LINEAIRE. LE CAPTEUR COMPREND DEUX ACCELEROMETRES 10, 12 MONTES SUR DES SUSPENSIONS 25, 26 ET 27, 28 DE TELLE FACON QUE LEURS AXES D'ENTREE 22, 24 SOIENT COLINEAIRES, ET MIS EN VIBRATION EN OPPOSITION DE PHASE SUIVANT DES AXES PARALLELES 78, 80 ORTHOGONAUX AUXDITS AXES D'ENTREE AU MOYEN D'ELEMENTS PIEZO-ELECTRIQUES. LES SIGNAUX DE SORTIE DES ACCELEROMETRES CONTIENNENT LES INFORMATIONS RELATIVES AUX ACCELERATIONS LINEAIRES ET DE CORIOLIS QUI SONT SEPAREES DANS UN CIRCUIT DE SORTIE SANS CONFUSION POSSIBLE MEME SI LA FREQUENCE DE L'ACCELERATION LINEAIRE EST PROCHE DE LA FREQUENCE DE VIBRATION. APPLICATION AUX TECHNIQUES DU GUIDAGE PAR INERTIE.THE INVENTION RELATES TO A COMBINED MONOAXIAL SENSOR SENSITIVE TO ROTATION SPEED AND LINEAR ACCELERATION. THE SENSOR INCLUDES TWO ACCELEROMETERS 10, 12 MOUNTED ON SUSPENSIONS 25, 26 AND 27, 28 SO THAT THEIR INPUT AXES 22, 24 ARE COLINEAR, AND SET IN VIBRATION IN OPPOSITION OF THE FOLLOWING PHASE OF THE PARALLEL AXES 78, 80 ORTHOGONAL WITH THE SAID AXES OF ENTRY BY MEANS OF PIEZO-ELECTRIC ELEMENTS. ACCELEROMETER OUTPUT SIGNALS CONTAIN LINEAR AND CORIOLIS ACCELERATION INFORMATION THAT ARE SEPARATED IN AN OUTPUT CIRCUIT WITHOUT POSSIBLE CONFUSION EVEN IF THE FREQUENCY OF LINEAR ACCELERATION IS CLOSE TO THE FREQUENCY OF VIBRATION. APPLICATION TO INERTIAL GUIDANCE TECHNIQUES.

Description

La présente invention concerne les instruments de mesure pour le guidageThe present invention relates to measuring instruments for guiding

par inertie. Plus spécifiquement, la présente invention se rapporte aux capteurs combinés destinés à mesurer à la fois l'accélération linéaire et la vitesse de rotation d'un corps en mouvement. Un certain nombre de tentatives ont été faites dans le but d'utiliser une masse d'inertie pour détecter la  by inertia. More specifically, the present invention relates to combined sensors for measuring both the linear acceleration and the rotational speed of a moving body. A number of attempts have been made to use a mass of inertia to detect the

vitesse de rotation d'un corps. Ces tentatives ont en géné-  rotational speed of a body. These attempts generally

ral été basées sur l'accélération de Coriolis que subit un l0 corps animé d'un mouvement vibratoire ou rotatoire lorsqu'il  have been based on the Coriolis acceleration that a l0 body undergoes vibratory or rotational

est fixé à un second corps dont la rotation doit être détectée.  is attached to a second body whose rotation is to be detected.

L'accélération de Coriolis est donnée par l'équation suivante: À = 2 x v o: A = accélération de Coriolis  The Coriolis acceleration is given by the following equation: À = 2 x v o: A = Coriolis acceleration

w = vitesse angulaire du système de coordonnées tour-  w = angular velocity of the coordinate system

nant (second corps) à mesurer; et v = composante de la vitesse perpendiculaire à l'axe  nant (second body) to be measured; and v = component of the speed perpendicular to the axis

de rotation.of rotation.

Comme indiqué ci-dessus, ce qui précède exprime  As stated above, the above expresses

le principe de base sur lequel se fondent tous les gyros-  the basic principle on which all the gyros are based

copes vibrants ainsi que les gyroscopes à volant rotatif à savoir qu'une force due à l'accélération de Coriolis est subie lorsqu'une masse en mouvement présente une composante de vitesse perpendiculaire à l'axe de rotation du système de coordonnées tournant qui lui est associé. En pratique, ce principe permet la détection de la vitesse angulaire au moyen d'un pendule oscillant, ainsi qu'il a été démontré pour la première fois par Léon Foucault au début des années 1850. Depuis lors, de nombreuses tentatives ont été faites pour appliquer les principes de l'accélération de Coriolis  vibrating shifters as well as rotary gyroscopes namely that a force due to Coriolis acceleration is experienced when a moving mass has a velocity component perpendicular to the axis of rotation of the rotating coordinate system which is associated. In practice, this principle allows the detection of angular velocity by means of an oscillating pendulum, as was demonstrated for the first time by Léon Foucault in the early 1850s. Since then, many attempts have been made to apply the principles of Coriolis acceleration

à la conception de gyromètres et de gyromètres intégrateurs.  the design of integrating gyrometers and gyrometers.

Des tentatives importantes parmi celles visant à la mise au point d'un gyroscope capteur de vitesse conforme  Important attempts to develop a compliant speed sensor gyroscope

aux principes précédents ont été les suivantes (toutes réfé-  the previous principles were the following (all refer-

rencées sous leur nom de marque de fabrique): "Gyrotron" de Sperry Gyroscope Corporation (1940); "AS Gyro" de Royal Aircraft Establishment; "Vibrating String Gyro" de North American Rockwell Corporation (Autonetics Division, Anaheim, Californie); "Viro" de General Electric Corporation; et "Sonic Bell Gyro" de General Motors Corporation (Delco Division). Tous les système susmentionnés, à l'exception de "Gyrotron", ont commencé à être développés au début des  under their brand name): "Gyrotron" by Sperry Gyroscope Corporation (1940); "AS Gyro" from Royal Aircraft Establishment; "Vibrating String Gyro" by North American Rockwell Corporation (Autonetics Division, Anaheim, California); "Viro" from General Electric Corporation; and "Sonic Bell Gyro" from General Motors Corporation (Delco Division). All the above-mentioned systems, with the exception of "Gyrotron", started to be developed at the beginning of

années 1960.1960s.

En général, les systèmes cités ci-dessus se basent soit sur un corps en rotation, soit sur un corps vibrant sans contraintes pour fournir la composante de vitesse v  In general, the systems mentioned above are based either on a rotating body or on a vibrating body without constraints to provide the speed component.

perpendiculaire à l'axe de rotation du second corps.  perpendicular to the axis of rotation of the second body.

La force d'accélération subie par un tel corps vibrant ou rotatif est alors mesurée d'une manière quelconque pour  The acceleration force experienced by such a vibrating or rotating body is then measured in some way for

donner l'accélération de Coriolis A. Connaissant l'accélé-  give the acceleration of Coriolis A. Knowing the acceleration

ration de Coriolis et la vitesse d'un élément capteur de force, il est alors possible de déterminer simplement la  ration of Coriolis and the speed of a force sensor element, it is then possible to simply determine the

vitesse de rotation du corps.speed of rotation of the body.

Les corps en vibration offrent des avantages évi-  Vibrating bodies offer obvious advantages

dents par rapport aux ensembles rotatifs du point de vue de la simplicité mécanique. Pour réaliser un instrument inertiel rotatif sensible à l'accélération de Coriolis, tel qu'un accéléromètre, il est nécessaire de prévoir des roulements à billes, des bagues collectrices, des moteurs tournants, etc. De plus, un dispositif rotatif doit être référencé en  teeth relative to rotating assemblies from the point of view of mechanical simplicity. To make a rotary inertial instrument sensitive to Coriolis acceleration, such as an accelerometer, it is necessary to provide ball bearings, slip rings, rotary motors, etc. In addition, a rotating device must be referenced in

phase avec le boîtier dans lequel il est monté pour décom-  phase with the housing in which it is mounted to decom-

poser la vitesse angulaire initiale selon les deux axes de  set the initial angular velocity along the two axes of

mesure orthogonaux, ce qui complique encore ces structures.  orthogonal measurements, which further complicates these structures.

Un problème latent inhérent à tout capteur combiné constitué d'un ou de plusieurs capteurs vibrants du type à  A latent problem inherent in any combined sensor consisting of one or more vibrating sensors of the type to

masse d'inertie résulte du fait que l'information concer-  mass of inertia results from the fact that the information

nant l'accélération appliquée suivant l'axe d'entrée du ou  the acceleration applied along the input axis of the

des capteurs est contenue dans le signal de sortie du cap-  sensors is contained in the output signal of the sensor.

teur. Bien que dans beaucoup d'applications et d'environne-  tor. Although in many applications and environ-

ments, la fréquence de l'accélération soit prévisible et se situe en dehors de la plage de fréquences en question, il  ments, the frequency of acceleration is predictable and lies outside the frequency range in question.

va apparaître une confusion lorsque la fréquence de l'accé-  confusion will arise when the frequency of access

lération linéaire appliquesuivant l'axe d'entrée est proche  Applied linear leniency following the input axis is close

de la fréquence de vibration du capteur.  the vibration frequency of the sensor.

Les problèmes précédents ainsi que d'autres de l'art antérieur sont abordés et résolus grâce à la présente invention qui fournit un capteur combiné perfectionné. Ce  The foregoing and other problems of the prior art are addressed and solved by the present invention which provides an improved combined sensor. This

capteur combiné comporte des moyens sensibles à l'accélé-  combined sensor comprises means responsive to the acceleration

ration appliquée suivant un premier axe et des moyens sen-  ration applied along a first axis and means

sibles à l'accélération appliquée suivant un second axe.  the acceleration applied along a second axis.

Il est prévu des moyens pour le montage des moyens susdits tels que le premier axe soit colinéaire au second axe. Il est prévu de plus des moyens destinés à mettre en vibration  Means are provided for mounting the aforesaid means such that the first axis is collinear with the second axis. It is further provided means for putting in vibration

chacun de ces moyens sensibles à l'accélération en des mou-  each of these means sensitive to acceleration in

vements déphasés et le long d'axes parallèles, chacun de  out of phase and along parallel axes, each of

ces axes étant orthogonal au premier et au second axes.  these axes being orthogonal to the first and second axes.

Les caractéristiques précédentes, ainsi que d'au-  The previous characteristics, as well as

tres, de l'invention seront davantage mises en évidence par  very, of the invention will be further highlighted by

la description détaillée suivante. Cette description est  the following detailed description. This description is

accompagnée de dessins illustratifs. Des numéros de réfé-  accompanied by illustrative drawings. Reference numbers

rence servent à désigner divers éléments du mode de réali-  used to designate various elements of the way in which

sation illustré, des numéros identiques désignant partout  illustrated, identical numbers designating everywhere

des éléments identiques.identical elements.

Sur ces dessins: la figure 1 est une vue de dessus d'un capteur combiné monoaxial, certaines parties en ayant été retirées à des fins de clarification; la figure 2 est, en partie, une coupe transversale du capteur combiné monoaxial, faite suivant la ligne 2-2 de la figure 1, et comprend de plus certains des composants qui ont été omis à la figure précédente; la figure 3 est une coupe transversale partielle faite suivant la ligne 3-3 de la figure 2,  In these drawings: FIG. 1 is a top view of a monoaxial combined sensor, some parts having been removed for clarification purposes; Figure 2 is, in part, a cross section of the monoaxial combined sensor, taken along the line 2-2 of Figure 1, and further includes some of the components that have been omitted from the previous figure; FIG. 3 is a partial cross-section taken along line 3-3 of FIG. 2,

afin d'illustrer la manière dont sont provoquées les vibra-  in order to illustrate the way in which the vibra-

tions des accéléromètres droit et gauche conformément à l'invention; et la figure 4 est un schéma synoptique fonctionnel  right and left accelerometer in accordance with the invention; and FIG. 4 is a functional block diagram

du circuit d'extraction des informations relatives à l'accé-  circuit for extracting information relating to the access

lération et à la vitesse de rotation, destiné à être utilisé  leration and rotation speed, intended to be used

dans la présente invention.in the present invention.

En se référant maintenant aux dessins, la figure 1 donne une vue de dessus d'un capteur combiné conforme à la présente invention. Un certain nombre d'éléments du mode de réalisation ont été ôtés de la figure 1 pour clarifier la présentation. Ces éléments seront montrés et mis en évidence  Referring now to the drawings, FIG. 1 is a top view of a combined sensor according to the present invention. A number of elements of the embodiment have been removed from Fig. 1 to clarify the presentation. These elements will be shown and highlighted

dans les vues suivantes et la description qui s'y rapporte.  in the following views and the related description.

Le capteur combiné de l'invention comprend un accéléromètre droit 10 et un accéléromètre gauche 12 disposés à l'intérieur d'un boîtier 14 dont le dessus a été ôté sur la figure 1 pour permettre un accès visuel. L'un au moins des accéléromètres peut être d'un type dans lequel une masse d'inertie qui y est renfermée est disposée de façon à réagir aux forces d'accélération appliquées suivant une direction prédéterminée et, par là, à fournir une indication à leur sujet. Il peut de plus être du type à masse contrainte c'est-à-dire assujettie. En variante, on peut utiliser dans le capteur combiné des accéléromètres du type à boucle ouverte ou une association de capteurs de types à boucle ouverte et à boucle fermée. Au surplus, la présente invention peut être mise en oeuvre en utilisant des accéléromètres comprenant des éléments dont les propriétés optiques sont  The combined sensor of the invention comprises a right accelerometer 10 and a left accelerometer 12 disposed inside a housing 14 whose top has been removed in Figure 1 to allow visual access. At least one of the accelerometers may be of a type in which a mass of inertia enclosed therein is arranged to react with the acceleration forces applied in a predetermined direction and thereby provide an indication to their subject. It can also be of the constrained mass type that is to say subject. Alternatively, open loop type accelerometers or a combination of open-loop and closed-loop type sensors may be used in the combined sensor. In addition, the present invention can be implemented using accelerometers comprising elements whose optical properties are

modifiées pendant les accélérations.  modified during acceleration.

Les accéléromètres sont disposés à l'intérieur d'une cavité 16 formée à l'intérieur du boîtier 14. Chaque  The accelerometers are disposed inside a cavity 16 formed inside the housing 14. Each

accéléromètre est fixé à un étrier constitué de trois par-  accelerometer is attached to a stirrup consisting of three parts

ties, l'accéléromètre droit étant fixé à l'étrier qui com-  the right accelerometer is attached to the stirrup which

prend le doigt 18 et la poutre 19 et l'accéléromètre gauche 12 étant fixé à l'étrier qui comprend le doigt 20 et la poutre 21. Des traverses latérales ne sont pas représentées sur la figure 1 pour permettre une vue dégagée de chaque ensemble d'accéléromètre et d'étrier. Cependant, ainsi qu'il sera  takes the finger 18 and the beam 19 and the left accelerometer 12 being attached to the yoke which comprises the finger 20 and the beam 21. Side rails are not shown in Figure 1 to allow an unobstructed view of each set of accelerometer and caliper. However, as it will be

montré sur les figures suivantes, chaque ensemble étrier-  shown in the following figures, each set of stirrups

et-accéléromètre associés est pris en sandwich entre deux traverses latérales flexibles espacées l'une de  and associated accelerometer is sandwiched between two flexible side rails spaced one of

l'autre qui comprennent des éléments piézo-électriques aux-  the other which includes piezoelectric elements

quels elles sont liées pour faire effectuer un mouvement  which they are linked to make a movement

vibratoire prédéterminé aux capteurs.  vibratory predetermined to the sensors.

Les accéléromètres 10 et 12 sont agencés à l'inté- rieur de la cavité 16 de telle manière que, au repos, leurs axes d'entrée, respectivement 22 et 24, soient sensiblement colinéaires. Ceci est plus clairement visible sur la figure 2 qui est une coupe transversale prise suivant la liqne 2-2 de la figure 1 et qui comprend certains des éléments ayant été  The accelerometers 10 and 12 are arranged inside the cavity 16 so that, at rest, their input axes, respectively 22 and 24, are substantially collinear. This is more clearly seen in Figure 2 which is a cross-section taken along the line 2-2 of Figure 1 and which includes some of the elements that have been

ôtés de la figure précédente à des fins de clarification.  removed from the previous figure for clarification purposes.

Sur la figure 2 sont visibles les suspensions gauche et droite à traverses parallèles qui comprennent des traverses latérales espacées l'une de l'autre dans les paires 25, 26  FIG. 2 shows the left and right suspensions with parallel crosspieces which comprise lateral crosspieces spaced from one another in the pairs 25, 26

et 27, 28 qui prennent respectivement en sandwich les ensem-  and 27, 28 which respectively sandwich the whole

bles accéléromètre-et-étrier droit et gauche. (Il est à re-  accelerometer-and-caliper right and left. (He is responsible

marquer que l'étrier droit est complété par un doigt infé-  mark that the right stirrup is completed by a lower finger

rieur 30 et que l'étrier gauche est complété par un doigt  30 and that the left stirrup is completed by a finger

inférieur 32).lower 32).

Les masses des assemblages droit et gauche consti-  The masses of the right and left assemblies constitute

tués respectivement d'un accéléromètre, d'un étrier et de deux traverses latérales sont sensiblement les mêmes afin de minimiser les efforts au niveau des montures 34, 36,  of an accelerometer, a stirrup and two lateral crosspieces are substantially the same in order to minimize the forces on the mounts 34, 36,

38 et 40 du boîtier. Cet appariement des masses tend, en pre-  38 and 40 of the case. This pairing of masses tends, in

mier lieu, à compenser les forces de vibrations linéaires (de translation pure). Des trous identiques 42 et 44 sont  first place, to compensate the forces of linear vibrations (of pure translation). Identical holes 42 and 44 are

prévus dans les poutres 19 et 21, le trou 42 ayant essentiel-  provided in the beams 19 and 21, the hole 42 having substantially

lement pour but d'équilibrer les masses alors que le trou 44 admet un aimant 46 qui correspond à un aimant 48 fixé à  the purpose of balancing the masses while the hole 44 has a magnet 46 which corresponds to a magnet 48 fixed to

l'accéléromètre droit 10.the right accelerometer 10.

Chacun des aimants 46 et 48 agit en association avec une paire de bobines fixées au bottier qui, prises ensemble, font office d'élément détecteur de la vitesse du capteur. Dans le cas de l'aimant 48, sa vibration, conjointe à celle de l'accéléromètre droit 10, induit un courant dans des bobines 50 et 52 détectrices de vitesse qui sont fixées à un support 54 lui-même fixé au boitier. {Le support 54 procure de plus le logement d'un amplificateur droit 56 de  Each of the magnets 46 and 48 acts in association with a pair of coils attached to the stacker which, taken together, act as a sensing element for the speed of the sensor. In the case of the magnet 48, its vibration, together with that of the right accelerometer 10, induces a current in coils 50 and 52 speed detectors which are fixed to a support 54 itself fixed to the housing. The support 54 furthermore provides the housing of a straight amplifier 56 of

compensation des accélérations). La vibration de laccéléro-  compensation for accelerations). The vibration of the accelerator

mètre gauche 12 et de l'aimant 46 induit un courant dans les bobines 58 et 60 détectrices de vitesse qui sont asso-  left meter 12 and the magnet 46 induces a current in the coils 58 and 60 speed detectors which are associated

ciées à un support 62. Un amplificateur gauche 64 de compen-  62. A left-hand amplifier 64 of compensa-

sation est fixé au support 62 lui-même fixé au boîtier.  tion is attached to the support 62 itself attached to the housing.

La figure 3 est une coupe transversale partielle faite suivant la ligne 33 de la figure 1 dans le but d'illustrer les moyens employés pour mettre en vibration les accéléromètres 10 et 12. Comme on peut le voir sur cette figure, l'accéléromètre droit 10 est maintenu en relation d'assujettissement avec des traverses latérales et 26 de la suspension à lames parallèles de droite au  FIG. 3 is a partial cross-section taken along the line 33 of FIG. 1 for the purpose of illustrating the means used to vibrate the accelerometers 10 and 12. As can be seen in this figure, the right accelerometer 10 is maintained in a securing relationship with side rails and 26 of the right parallel blade suspension at

moyen des doigts 18 et 30 espacés l'un de l'autre apparte-  means of the fingers 18 and 30 spaced apart from one another

nant à l'étrier de maintien. Les traverses latérales 25 et 26 s'étendent sur la longueur de la cavité 16 et sont fixées à leurs extrémités à des pièces flexibles opposées 66 et 68 de support des traverses. Chacune des traverses laterales présente une section droite globalement en forme de W avec des parties  nant to the support stirrup. The lateral crosspieces 25 and 26 extend along the length of the cavity 16 and are fixed at their ends to opposite flexible parts 66 and 68 for supporting the crosspieces. Each of the side rails has a generally W-shaped cross-section with parts

renforcées se faisant face à l'extérieur solidaires d'élé-  reinforced facing the outside solidarity of

ments minces analogues à des membranes.  Thin-like membranes.

Des éléments piézo-électriques 70, 72, 74 et 76 sont liés aux parties analogues à des membranes des traverses latérales par des moyens de nature adhéesive tels qu'une résine époxy ou autre. Ainsi qu'il est représenté, des  Piezoelectric elements 70, 72, 74 and 76 are connected to the membrane-like parts of the side rails by means of adhesive nature such as an epoxy resin or the like. As it is represented,

contacts métallisés sont plaqués par paires sur les élé-  Metallic contacts are plated in pairs on the

ments piézo-électriques. De façon bien connue, une telle  piezoelectric elements. In a well-known manner, such a

matière piézo-électrique est sujette A des déformations prévi-  piezoelectric material is subject to foreseeable deformation

sibles et reproductibles en réponse à l'application de-  sible and reproducible in response to the application of

potentiels électriques positifs et négatifs. Par exemple,  positive and negative electrical potentials. For example,

en appliquant des potentiels électriques positifs et néga-  applying positive and negative electrical potentials

tifs à des éléments correctement polarisés conformément à la combinaison indiquée sur la figure 3, il sera appliqué aux traverses latérales des forces résultantes tendant à  to suitably polarized elements in accordance with the combination shown in Figure 3, the resultant forces

contraindre chacune d'elles vers le haut en son point milieu.  constrain each of them upwards in its middle point.

Réciproquement, en inversant les signes des potentiels indi-  Reciprocally, by reversing the signs of the indi-

qués, l'assemblage constitué des traverses latérales, de  the assembly consisting of side rails,

l'étrier et de l'accéléromètre sera contraint vers le bas.  the caliper and the accelerometer will be forced down.

Ainsi, par un séquencement convenable des polarités des signaux électriques appliqués aux traverses latérales,  Thus, by a suitable sequencing of the polarities of the electrical signals applied to the lateral crosspieces,

l'accéléromètre 10 (et l'accéléromètre 12) peut être con-  the accelerometer 10 (and the accelerometer 12) can be

traint de vibrer de haut en bas et de bas en haut à une  vibrated from top to bottom and from bottom to top at a

fréquence et une amplitude prédéterminées.  predetermined frequency and amplitude.

En se référant de nouveau à la figure 2, les vibrations des accéléromètres 10 et 12 sont provoquées, avec une différence de phases de 180 degrés, de façon à avoir lieu le long d'axes parallèles 78 et 80. Les forces de l'accélération de Coriolis précédemment décrites qui sont induites dans un système vibrant auront pour effet que les vibrations suivant les axes indiqués des accéléromètres 10  Referring again to FIG. 2, the vibrations of the accelerometers 10 and 12 are caused, with a phase difference of 180 degrees, to occur along parallel axes 78 and 80. The forces of acceleration of Coriolis described above which are induced in a vibrating system will have the effect that the vibrations along the indicated axes of the accelerometers 10

et 12 induiront des forces d'accélération mesurables pro-  and 12 will induce measurable acceleration forces

portionnelles à la vitesse de rotation du capteur combiné  proportional to the rotational speed of the combined sensor

dans la direction de l'axe d'entrée de chaque accéléromètre.  in the direction of the input axis of each accelerometer.

Les signaux de sortie des accéléromètres 10 et 12 contien-  The output signals of the accelerometers 10 and 12 contain

dront ainsi une mesure de la vitesse de rotation du système  thus have a measure of the speed of rotation of the system

autour d'un axe 82.. qui est représenté sur la figure 1.  around an axis 82 which is shown in Figure 1.

La figure 4 est un schéma de principe d'un mon-  Figure 4 is a schematic diagram of a

tage électrique destiné à déterminer l'accélération linéaire suivant les axes d'entrée des accéléromètres 10 et 12 ainsi que la vitesse de rotation autour de l'axe 82, avec une grande précision en faisant usage des signaux de sortie  electrical stage for determining the linear acceleration along the input axes of the accelerometers 10 and 12 as well as the speed of rotation about the axis 82, with a high degree of accuracy by making use of the output signals

engendrés par un capteur combiné conforme à la description  generated by a combined sensor according to the description

précédente. En traitant les signaux de la façon indiquée, il est possible d'atteindre une précision de mesure qui serait autrement compromise lorsque, dans un capteur combiné  former. By processing the signals as indicated, it is possible to achieve measurement accuracy that would otherwise be compromised when, in a combined sensor

du type à accélération de Coriolis, les accélérations appli-  of the Coriolis acceleration type, the accelerations

quées le long de l'axe d'entrée sont subies à des fréquences s'approchant de la fréquence de modulation qui est celle de  along the input axis are experienced at frequencies approaching the modulation frequency which is that of

la vibration de l'accéléromètre.the vibration of the accelerometer.

Les signaux qui produisent les vibrations des accéléromètres sont fournis par un circuit d'attaque 86 et envoyés sur des conducteurs 88 et 90. Les courants induits dans les paires de bobines détectrices droite et gauche excitent le circuit d'attaque 86 selon une configuration de circuit autooscillant. Par exemple, comme montré sur la figure, la vibration détectée de l'accéléromètre gauche  The signals that produce the accelerometer vibrations are provided by a driver 86 and sent on leads 88 and 90. The currents induced in the right and left pickup coil pairs drive the driver 86 in a circuit configuration. self-oscillating. For example, as shown in the figure, the detected vibration of the left accelerometer

12, transformée en un courant sinusoidal correspondant pro-  12, transformed into a corresponding sinusoidal current

portionnel à la vitesse par l'action conjuguée de l'aimant  proportional to speed by the combined action of the magnet

46 et des bobines détectrices gauches 58 et 60, est appli-  46 and left sensor coils 58 and 60, is applied

quée comme grandeur d'entrée au circuit d'attaque 86. De plus, par application à un démodulateur 92, le signal induit dans les bobines détectrices sert de signal de référence pour la démodulation. (Ainsi qu'il apparait, le signal correspondant à l'accélération de Coriolis, qui est un produit vectoriel, oscille à une fréquence égale à la fréquence de vibration  As an input variable to the driving circuit 86. In addition, by applying to a demodulator 92, the signal induced in the pickup coils serves as a reference signal for the demodulation. (As it appears, the signal corresponding to Coriolis acceleration, which is a vector product, oscillates at a frequency equal to the vibration frequency

de l'accéléromètre capteur et à une amplitude proportion-  of the sensor accelerometer and at a proportional amplitude

nelle à la vitesse angulaire appliquée. L'extraction de l'information sur la vitesse angulaire ou sur la vitesse  at the applied angular velocity. Extraction of information on angular velocity or speed

nécessite la démodulation d'un signal sinusoidal).  requires the demodulation of a sinusoidal signal).

Les signaux de sortie des accéléromètres droit et  The output signals of the right and

gauche sont appliqués, en parallèle, à un amplificateur dif-  left side are applied in parallel to a different amplifier.

férentiel 94 ainsi qu'à un amplificateur sommateur 96.Etant donné que les accéléromètres vibrent avec un déphasage de  as a summing amplifier 96. Since the accelerometers vibrate with a phase shift of

degrés, les composantes de leurs signaux de sortie rela-  degrees, the components of their output signals relative to

tives à la mesure de l'accélération de Coriolis sont de  tives to the extent of Coriolis acceleration are from

signes opposés,'alors que les composantes relatives à l'ac-  opposite signs, whereas the components relating to

célération linéaire ne sont pas produites de la même façon et sont de même signe. Le signal de sortie de l'amplificateur différentiel 94, qui est la valeur de la différence entre les  Linear celeration are not produced in the same way and are of the same sign. The output signal of the differential amplifier 94, which is the value of the difference between the

signaux de sortie des accéléromètres, constitue ainsi exclu-  output signals from the accelerometers, thus

sivement une mesure de l'accélération de Coriolis et, par  a measure of Coriolis acceleration and, by

suite, de la vitesse de rotation, étant donné que les compo-  the speed of rotation, since the

santes des signaux de sortie représentatives de l'accéléra-  representative output signals of the acceleration

tion linéaire sont supprimées indépendamment du rapport  are removed irrespective of the ratio

existant entre les fréquences de ces deux composantes parti-  between the frequencies of these two components

culières du signal de sortie de l'accéléromètre. L'égalité et l'opposition de sens des composantes représentatives de l'accélération de Coriolis ou de la vitesse de rotation dans  the output signal of the accelerometer. Equality and meaning opposition of components representative of Coriolis acceleration or rotational speed in

les signaux de sortie des capteurs, a pour conséquence sup-  the output signals of the sensors has the consequence

plémentaire que la sortie de l'amplificateur différentiel 94 fournit une mesure de la vitesse de rotation deux fois plus sensible que celle donnée par la sortie d'un seul des accé-  the output of the differential amplifier 94 provides a measurement of the rotational speed twice as sensitive as that given by the output of a single one of the accelerations.

léromètres constitutifs du capteur combiné.  constituent lerometers of the combined sensor.

Le signal de sortie concernant la vitesse de rota-  The output signal concerning the rotational speed

tion est ensuite appliqué au démodulateur 92 qui, comme décrit ci-dessus, utilise le courant sinusoïdal induit dans les bobines détectrices de vitesse en tant que référence pour la démodulation. Le signal de sortie concernant la vitesse de rotation est ensuite appliqué à un filtre 98 en vue de  This is then applied to the demodulator 92 which, as described above, uses the sinusoidal current induced in the speed sensing coils as a reference for demodulation. The output signal relating to the speed of rotation is then applied to a filter 98 for the purpose of

l'extraction finale du signal de vitesse de rotation.  the final extraction of the rotational speed signal.

L'opposition de sens des composantes relatives à l'accélération de Coriolis dans les signaux de sortie des  The sense opposition of the components relating to Coriolis acceleration in the output signals of

accéléromètres droit et gauche a pour conséquence supplémen-  right and left accelerometers has the additional consequence

taire que le signal de sortie de l'amplificateur sommateur 96,  that the output signal of the summing amplifier 96,

auquel sont appliqués les signaux de sortie des accéléro-  to which the output signals of the accelerators are applied

mètres, ne contient pas d'information relative à la vitesse de rotation et constitue une mesure de l'accélération linéaire  meters, does not contain rotational speed information and is a measure of linear acceleration

appliquée suivant les axes d'entrée coincidants des accéléro-  applied along the coinciding axes of acceleration

mètres, cette mesure étant deux fois plus sensible que ne l'est celle donnée par le signal de sortie d'un seul des  meters, this measurement being twice as sensitive as that given by the output signal of only one of the

accéléromètres 10 ou 12. Ce signal de sortie n'est pas dé-  accelerometers 10 or 12. This output signal is not de-

modulé (à la différence du signal de vitesse de rotation)  modulated (unlike the rotational speed signal)

étant donné qu'il constitue une mesure directe de l'accélé-  since it is a direct measure of the speed

ration, que celle-ci soit ou non de nature vibratoire.  ration, whether or not it is vibratory in nature.

Ce signal est ensuite appliqué à un filtre 100 en vue d'en  This signal is then applied to a filter 100 in order to

extraire l'information d'accélération.  extract the acceleration information.

Il apparaît ainsi que la présente invention four-  It thus appears that the present invention

nit un capteur combiné perfectionné du type vibrant qui permet d'obtenir une sensibilité accrue tant à l'égard de  a sophisticated combination sensor of the vibrating type that provides increased sensitivity to both

l'accélération linéaire qu'à l'égard de la vitesse de rota-  linear acceleration only with respect to rotational speed.

tion et n'est pas sujet aux erreurs qui pourraient autrement  tion and is not subject to errors that might otherwise be

être induites lorsque la fréquence de l'accélération coin-  be induced when the frequency of the acceleration

cide avec la fréquence modulée du capteur vibrant ou est  cide with the modulated frequency of the vibrating sensor or is

très proche de celle-ci.very close to this one.

Claims (5)

REVENDICATIONS 1. Capteur combiné caractérisé en ce qu'il com-  1. Combined sensor characterized in that it com- prend: (a) un moyen (10) sensible à l'accélération appli-  takes: (a) means (10) responsive to the acceleration quée suivant un premier axe (22); (b) un moyen (12) sen-  following a first axis (22); (b) means (12) sible à l'accélération appliquée suivant un second axe (24); (c) des moyens de montage (18, 19, 30, 25, 26 et 20, 21, 32, 27, 28) des moyens susdits tels que ledit premier axe (22) soit sensiblement colinéaire audit second axe (24); et des  at the acceleration applied along a second axis (24); (c) mounting means (18, 19, 30, 25, 26 and 20, 21, 32, 27, 28) of said means such that said first axis (22) is substantially collinear with said second axis (24); and moyens de mise en vibration de chacun desdits moyens sen-  means for vibrating each of said sensing means sibles en des mouvements déphasés et suivant des axes paral-  in out-of-phase movements along parallel axes lèles (78, 80), chacun de ces axes étant orthogonal auxdits  leles (78, 80), each of these axes being orthogonal to said premier et second axes (22, 24).first and second axes (22, 24). 2. Capteur combiné selon la revendication 1, carac-  2. Combined sensor according to claim 1, characterized térisé en ce qu'au moins l'un desdits moyens sensibles à  in that at least one of said means responsive to l'accélération est un accéléromètre 110 ou 12).  the acceleration is an accelerometer 110 or 12). 3. Capteur combiné selon la revendication 1, carac-  3. Combined sensor according to claim 1, characterized térisé en ce qu'au moins l'un desdits moyens sensibles à  in that at least one of said means responsive to l'accélération est une masse d'inertie.  acceleration is a mass of inertia. 4. Capteur combiné selon la revendication 1, carac-  4. Combined sensor according to claim 1, characterized térisé en ce que lesdits moyens de montage comprennent une  characterized in that said mounting means comprises a suspension à traverses parallèles (25, 26 ou 27, 28).  suspension with parallel sleepers (25, 26 or 27, 28). 5. Capteur combiné selon la revendication 4, carac-  5. Combined sensor according to claim 4, characterized térisé en ce que lesdits moyens de mise en vibration com-  characterized in that said means for vibrating together prennent plusieurs éléments piézo-électriques (70, 72, 74, 76).  take several piezoelectric elements (70, 72, 74, 76).