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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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5. Exemples d’appareils
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En résumé, les gyroscopes vibrants peuvent fonctionner en mode gyromètre ou en mode gyroscope, selon le type de résonateur utilisé. La réalisation pratique des résonateurs mécaniques conduit à une grande variété de dispositifs. La qualité première requise pour le résonateur est de disposer d’un facteur de qualité élevé, c’est-à-dire d’une constante de temps propre d’amortissement du résonateur la plus grande possible (rappelons que la constante de temps du pendule de Foucault au Panthéon était d’environ 2 heures !). Selon le concept et la technologie utilisés, le résultat obtenu se situe dans une très large fourchette de performances et de coûts, depuis le gyromètre rustique et bon marché pour application automobile (navigation avec récepteur satellitaire GPS (Global Positioning System), suspension active…) jusqu’au gyroscope très performant et fiable pour applications spatiales.
Les principales conditions requises pour un bon résonateur sont les suivantes :
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il est nécessaire qu’il soit bien équilibré (en conception et en réalisation) sur chacun de ses modes. La fixation du résonateur doit être faite sur ses nœuds naturels, de façon à bien isoler l’élément sensible (isolement également recherché dans les gyroscopes conventionnels),
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utiliser un matériau peu dissipatif et éviter au maximum les pertes dues à l’atmosphère environnante (faire le vide dans le boîtier),
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utiliser des transducteurs électromécaniques peu ou pas dissipatifs.
Les trois exemples donnés ci-après vont illustrer ces recommandations, souvent tempérées par la recherche de matériels rustiques et peu coûteux.
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Le QRS de Systron Donner (États-Unis)
Le QRS (Quartz Rate Sensor) appartient à la première classe d’appareils (modes différents), le résonateur étant constitué de deux diapasons « tête-bêche » (figure ...
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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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(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.
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(6) - LYNCH (D.D.) and al - Hemispherical...
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