Gyrolaser
Un gyromètre laser ou gyrolaser est un capteur de vitesse angulaire (gyromètre) basé sur l'effet Sagnac et mettant en œuvre un rayon laser. Celui-ci parcourt un circuit optique dans les deux sens, l’interférence des deux rayons va dépendre de la vitesse de rotation de l’ensemble.
Préambule
Le gyromètre laser est un capteur capable de mesurer une vitesse angulaire dans un plan. En associant trois gyromètres, il est possible de mesurer la vitesse angulaire d'un mobile dans l'espace. Cette mesure est utilisée dans les centrales à inertie qui équipent certains navires, avions, satellites, sous-marins.
Le gyromètre laser remplace les gyroscopes mécaniques utilisés précédemment et permet l'amélioration de la précision.
Description
Le premier gyrolaser fut présenté aux États-Unis par Macek et Davis en 1963. La technologie a depuis été développée par un certain nombre de sociétés autour du monde. Environ dix mille gyrolasers sont utilisés dans le guidage inertiel et ont prouvé une grande fiabilité, avec une incertitude inférieure à 0,01 °/heure et un temps moyen entre pannes supérieur à 60 000 heures.
Contrairement au gyromètre mécanique, le gyrolaser n’est pas sensible à l’accélération, de plus ils possède une meilleure stabilité du facteur d’échelle. Enfin il est considéré comme plus fiable en raison de l’absence de pièce mécanique en mouvement[1]. Certaines erreurs peuvent être caractérisées, comme l’erreur autour de zéro. Les défauts diminuent lorsque la taille de l’instrument augmente[2].
Principe physique
On considère un trajet optique circulaire (rayon R) dans le vide animé d’un mouvement de rotation à la vitesse ϖ. Après un temps Δt, le point P est placé à la position P'. Deux rayons laser parcourent le trajet en sens inverse. Il est possible de montrer que la différence de chemin optique αR est proche de où c est la vitesse de la lumière. Cette expression s’écrit aussi (avec S la surface limitée par le cercle décrit) et se généralise pour toutes les surfaces[3].
L’interférence va permettre d’accéder à la différence de chemin optique et donc à la vitesse de rotation.
Il existe deux types de gyromètres optiques : le gyromètre laser et le gyromètre à fibre optique.
Particularités du gyrolaser
L’appareil comporte une partie optique et une partie électronique. Il est de forme triangulaire ou carrée.
La partie optique comporte des miroirs et un tube capillaire remplit d’un mélange gazeux qui constitue le milieu amplificateur du laser. Le premier miroir est concave pour améliorer la focalisation, le deuxième est fixé sur un moteur piézoélectrique ce qui va permettre de moduler la puissance du laser et le troisième est semi-réfléchissant, ce qui permet de récupérer une partie du faisceau[4].
Il existe également des gyromètres triaxe en forme de tétraèdre[5].
Exemples de véhicules ou armes utilisant le gyrolaser
- F-15E Strike Eagle
- Hélicoptères MH-60R et MH-60S
- HAL Tejas
- Agni III[6]
- Boeing 777[7]
- Airbus A320[8]
- Missile Shaurya[9]
- B-52H [10]
Notes et références
- Radix 1999, 3.3 Intérêt des gyromètres laser
- Radix 1999, 3.4 Performances
- Radix 1999, 2.2 Comparaison des trajets optiques
- Radix 1999, 3.1 Constitution
- Radix 1999, 3.5 Gyromètre laser triaxe
- (en) « Agni-III missile ready for induction », Times of India, (lire en ligne, consulté le )
- (en) Digital Avionics Systems, IEEE, AIAA, (ISBN 978-0-7803-3050-4, lire en ligne)
- (en) « Honeywell's ADIRU selected by Airbus », Farnborough, Aviation International News via archive.org, 22—28 july 2002 (consulté le )
- (en) Missile success - Frontline Magazine
- (en) « B-52 Maps Its Way Into New Century », fas.org, (consulté le )
Bibliographie
- Jean-Claude Radix, Gyromètres optiques, Éditions techniques de l'ingénieur, (lire en ligne)
