Brevet FR2118113A1 — publié le 19720728

iiq, ^rés^nte invention Tnof-rti® den fibres «vi '^om"-i+o> ;c transmission ' îv,"hi "n • i"1™ des n■ tinct^®» rnysi et pigeons h c 5 férents. Il est souvent souhaitable de réaliser une liaison oe conru-nication entre des zones ou r-1 irions placées des potr-ntiels considéra blenent différents, cette liaison maintenant une isolation électrique entre lesdites ré ions. Une telle situation se produit 10 par exemple dans un redresseur semi-conoucteiir à haute tension où les circuits générateurs d'impulsions de commande se trouvent ° des potentiels très élevés, alors qu'ils sont amorcés par des dispositifs de commande situés à distance et dont le potentiel est beaucoup plus faible. 15 Une liaison de communication connue est réalisée par un flui de ou tuyau de lumière comprenant en général un certain nombre de fibres optiques ou conduits dé lumière parallèles placés à l'intérieur d'une gaine flexible et opaque. De tels guidés de lumière jjeuvent être utilisés pour la trans-20 mission d'impulsions lumineuses produites sur commande par une source lumineuse mise à la masse et fournies à un certain nombre de circuits de commande associés respectivement à des thyristors disposés en série de manière à réaliser un redresseur à haute tension, comme décrit dans le Brevet des j-.tats-Unis a ' Le coefficient de transmission d'une fibre optique est déterminé par le phénomène de réflexion interne, c ' est-î-dire par le fait que la lumière se propageant à l'intérieur de la fibre et frappant l'interface entre l'âme cylindrique transparente d'indice 30 de réfraction élevé et un revêtement transparent nui l'entoure, se réfléchit tout le long ae la fibre lorsque l'angle a'incidence est inférieur à l'angle critique de la matière constituant la fibre. Le terme "lumière" est utilisé ici dans son sens très général" d'-"é-nergie rayonnante" et désigne les rayonnements aussi bien visibles 35 qu'invisibles, notamment les rayonnements infra-rouge et ultraviolet . Bien qu'il existe à ce jour "ans le commerce de nombreux guides de lumière, aucun n'a aonné entièrement satisfaction dans les BAD ORIGINAL ' 71 45195 2118113 appareillages à haute tension tels ;ue ceux examinés ici. )ans de telles applications, l'accent doit être mis sur la dur-?® de vie et la sécurité de fonctionnement, le ^uiae de lumière -'tant sourris à des conditions d'utilisation relativement sévères. 5 La chute importante ae tension entre ses extr--mités, l'humi dité et la présence de substances chimiques nuisibles dans l'atmosphère ambiante, ont tendance à diminuer les qualités de transmission du guiae de lumière, et à provoquer son vieillissement rapide. 10 Un objet de la présente invention est de réaliser un conduit de lumière perfectionné dont le fonctionnement en présence d'un gradient de potentiel important n'est pas altéré par l'humidité. Un autre objet rie la présente invention est de réaliser un conduit de lumière possédant une plus grande résistance h l'abra-15 sion et aux autres altérations physiques ou chimiques. lin bref, suivant la présente invention, on applique -un revêtement spécial à l'extérieur d'une fibre optique de type connu. La matière de ce revêtement supplémentaire est choisie de manière à offrir une plus grande stabilité chimique que la matière constitu-20 tive de la fibre afin de protéger celle-ci contre l'humidité et les agents chimiques. Selon un mode de mise en oeuvre de l'invention, le revêtement supplémentaire est constitué d'un verre électroniquement conducteur assurant un gradient de potentiel relativement uniforme tout le long de la fibre entre ses extrémités placées à 25 des potentiels sensiblement différents. Ce procédé élimine les décharges corona dangereuses et les étincelles qui pourraient se produire aux points d'accumulation de potentiel élevé si la répartition du potentiel n'^t-iit pas \miforme ; ce procédé permet aussi de réauire la longueur de fibre nécessaire pour assurer\un fonc-30 tionnement sûr sous potentiel élevé. De plus, les propriétés conductrices au revêtement supplémentaire assurent un dégagement de cnaleur par effet joule, ce qui permet de garder sèche la surface de la fibre. D'autres avantages et caractéristiques d l'invention seront 35 ;nis en évidence dans la suite de la description donnée à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels : La figure 1 est une r»eprésentation schématique a'un système BAD ORlGlNM. 71 45195 3 2118113 de transmission ae lumière comprenant une source lumineuse reliée à un élément photosensible par un guide ae lumière. La figure 2 est une vue en coupe du ,r;uide de lumière représenté à la figure 1. 5 La figure 3 est une vue en coupe d'une aes fibres optiques composant le guide de lumière représenté à la figure 2. La figure 1 représente une voie de transmission de lumière constituée par un guide d'ondes électromagnétiques 1, appelé dans la suite "guide de lumière", situé entre une source de lumière 2 10 placée derriere une enceinte 3 et un élément photosensible 4 placé dans une enceinte isolée 5• Les enceintes 3 et 5 peuvent être physiquement séparées et distinctes l'une de l'autre ou bien elles peuvent comprendre des parties éloignées d'un même boit1er. Le but du guide de lumière est d'assurer la transmission de signaux lu-15 mineux sur une distance appréciable entre la source 2 et 1'élément 4» La source 2 comprend unediode d'émission de lumière à arséniure de gallium, une lampe à éclairs à xénon ou une autre lampe de ce type î activée par un signal de commande convenable, cette source 2 émet de la lumière qui pénètre par l'extrémité 6 dans le guide 20 de lumière 1. Cette lumière sort au guide à l'extrémité opposée 7 et éclaire l'élément 4. L'élément 4 comprend un détecteur photosensible, un redresseur au sicilium commandé sensible à la lumière, ou un autre composant du même type, et lorsque la lumière sortant du guide 1 arrive sur ce composant, eelui-ci passe brusque-25 ment d'un état de blocage à résistance élevée un état conducteur à faible résistance, comrrand-mt de cette façon le passage au courant dans un circuit électriHue$ auquel l' élément 4 est relié. Bien que cela ne soit pas représenté à la figure 1, les extrémités d'entrée et de sortie du guide de lumière 1 peuvent comporter des 30 broches et douilles de connexion adaptées du type d-'erit dans le Brevet des itats-linis d ' Améri aie 3 .541.341 • -)e cette façon, les extrémités 6 et 7 du guide de lumière 1 sont étroitement liées ^.ux enceintes 3 et 5, respectivement. D'une manière habituelle, la source de^lumière 2 et son enceinte 3 sont maintenues h un poten-35 tiel égal^ou voisin de celui de la terre et le circuit électrique 8 auquel est relié l'élément photosensible 4 peut être ^ un potentiel considérablement- différent de celui du sol (plus ou noins 2C.000 volts ou plus). Cela se produit lorsque l'élément 4 fait partie du ) \ i 71 *+5195 4 2118113 circuit de puissance ou de commande d'un redresseur semi-conducteur à haute tension comprenant un certain nombre de rangées parallèles de thyristors en nérie. -n fait, dans ce cas précis, un certain nombre d'éléments photosensibles peuvent *tre niaces à des 5 potentiels différents par rapport ï la source rie lumière et certains éléments proches de la source peuvent être à des potentiels voisins de celui de la source. La .source de lumière 2 elle-même peut ne pas être h la fasse et se trouver à un potentiel particulièrement élevé, '-ans tous 10 les cas, il est admis que, du fait de la différence de potentiel existant entre le circuit 8 et l'enceinte 3» une différence de potentiel importante peut s'établir le long du guide de lumière 1 placé entre des régions voisines respectivement de la source 2 et de l'élément 4. Le guide de lumière peut avoir par exemple une 15 longueur de 9 mètres. Le guide de lumière 1 représenté comprend une ou plusieurs fibres optiques 9. Comme on le voit mieux à la figure 2, le guide de lumière est formé d'un certain nombre de ces fibres optiques groupées au hasard dans une gaine ou enveloppe 10 en polyéthylène. 20 Le terme "optique" ne se rapporte pas uniquement à la lumière vi-sible. On connaît des fibres optiques adaptées à la lumière visible ou invisible et composées de verre ou de matières plastiques appropriées. Dans le procédé selon l'invention, on utilise de préférence des fibres de verre. Chaque fibre comprend une partie in-25 terne ou âme transparente 12 enrobée d'une matière transparente 13 possédant un indice de réfraction inférieur à celui de la matière constituant l'âme, de sorte que la lumière se propage en zig-zag à travers l'âme de chaque fibre par réflexions interne^ sur le revêtement. La quantité de lumière transmise par le guide,1 est fonc-30 tion du nombre et des dimensions de l'âme des fibres constitutives, de l'intensité de la source de lumière et des pertes dans le guide de lumière. Les diamètres habituels des fibres 9 sont'de 0,048 mm à 0,064mm x /et le faisceau de fibres peut avoir un diametre de l'ordre de 3,175 mm par exemple. 35 Les guides de lumière sont généralement constitués de matiè res de grande résistance de sorte que les courants de fuite entre des régions de potentiels différents sont faibles. Néanmoins dans le cas considéré de tension continue élevée, un i^uide de lumiere 71 45195 2118113 initialement s*-t i s f a i -an t pe\?t nv*:e 1 ° +•»*•■ r:s a-veni r inn"i t : cause oe '.ictsrinn"ima pouvant «ix-inuer 1 'ap^ituoe «iide porter un jr^nd 11 «= r;r •*" hu-.-'op. On suppose aie »(. t+e hmiidvté pro-auit d?? effets rj'ii-.'i'bl «*.« •'••- façons diverses, .-•--•ie ces effets s^nt a -.;ravén por 1 'étendu*3 rels»-1-"*-vement i "portante rie i n surface .-l'un i'~ i .set- ai- de petit p-h filT»»"*» «p verre. Un des efi'et;- ce 1'humidité est d'oec^lorer 11 électrolyse et autres réactions él^e+romi r. î ÎJ 1,in+ >ic\ir des f-'hres et cie produire airsi dons I3 fibre des "iodi f'icti~ns .-»hi"i -m•■•!=! pcr*— manettes nui -affectent »ps j rspri-'tés opti -ues. et sa r""ic?'l',-:ripp méc-:ni jue. i\iê:ne en l'absence le jrini-nt i° potentiel . il ivxrfc r?" r-rn— duire à la surface de 1? fibre un» corrosion «rosion :pii occasionne des criques et des peintes de r4sistnr.ce rv'-cfini. Cn n'aperçoit que cette perte de résistance se traduit par des rupture?! de fibres ou des pertes partielles ou totales dans la transmission de la lumière selon le nombre de fibres aff^ct -es dons un faisceau donné. Un gutre effet- de l'hunidité est d'augmenter Ta conductivité superficielle d»? fibres. '^u-nd cela se produit de façon non uni.forrae sur la Ion ueiir d'un -ui -.e de lumière soumis. î une différence de potentiel élevée, des in-^it gradient de potentiel •>?,nvenx .«e créer. Quand c Radient, revient suffis'-"-— ment élevé (psr exemple p1"-? :e 30 vo"! ts pou- , J-5 des dé charges cornna ^pp-^rai "-:e^+, ce oui entraîne !■= 1 •=■? ^ ^îo '"i on du nii-le de lumière au boni, -i 'un certain t «-nns on plus t^t si des cl c— rua "es ou des gr- orcà ~es d'arc se r voeu i"? ent. Suivant le rroo.-'i ' ip 1 ' in^'^ntior, coo >-] îçhar.T^s.sont évitées rar 1 'ap'vlica 13on d'une onu^hp extern» s'jippl-'nent-aire de rp— vêten.ent de verre transparent •'•! "otroniqu^ "ir,nt on-'i^ct^tir gnr Ips, fibres précédemr-ent décrites. Un tel revêt-frr^nt est représent-4 en I s«r In fi-pire Il ?. deux fonctions princi al^'s : --r ;ro':irr lieu, il aîss'xre ".n^ r'ris— r.ivité volui3i"-ucr unii'oriae plus iTaible -tu? 1"> r'sistivit-' superficielle du premier revêtement 13 dp sorte que les variations de r«-sistivité superficiel? e sont suppri'-'éc-s et que le gradient de poBAD ORIGINAL 71 45195 2118113 t»? r.tiel unL.«o'-i-i + sa e •>€• f^urqnt- air.-?-* oonne ! -.-vu un rl'a'ifi'i '.ir 'jt' ■■ t; i p ••■air t-t 1 1 • ir • » •[•• i r..-- j la surf^c? de !,i l'IVr-, •. un ae0ré -i 'hu'.-' it-'- inférieur clui oe 1 ' atmosph^r^ a"bi :nte, ce qui -vite la foncier.?^ tion ne 1 ' hu:r.i Le verre électroni .uement conducteur peut se définir com: e du verre dans lequel le conduction électronique l'emporte sur la conduction ionique. De préférence, le rapport entre la conduction électronique t la conduction ionique doit dépasser 100 pour I (et peut se rapprocher avantageusement ne 1.000 pour I) de façon à éviter la formation de zones localisées de potentiels différents proouits par la migration d'ions et à éviter dans ces zones une variation de potentiel telle que le gradient entre zones crée une aécharge électrique. Un verre de type intéressant applicable à la présente invention est décrit anns le Brevet aes Stats-Unis d'Amérique N9 3.25b-434. Le verre décrit dans ce "brevet assure la conduction électroni ,-ue voulue tout en possédant de bonne? caractéristiques de ré-sistivité. Ce verre est composé essentiellement d'oxyde de bore, d'un modificateur de structure du verre, à raison de ?0 à 40 c en moles, choisi dans un groupe comprenant l'oxyde de calcium, l'oxyde de baryum, l'oxyde de magnésium et l'oxyde de strontium, et d'au moins 15 % en moles d'un oxyde H'un métal polyvalent choisi dans le groupe comprenant le chrome, le fer, l'antimoine, le.vanadium, le titane, le nicKel, le cobalt, le manganèse, le molybdène, le tungstène, l'arsénic et aes mélanges de ces corps." Le verre au bore peut avoir à la température ambiante une résistivité comprise entre 10^ et JO^ ohracm ; l'oxyde du métal polyvalent 'apporte dans le verre des- ions métalliques de valence sup«ri°ur BAD ORlGlt4AL 71 45195 7 2118113 Comme cela est indiqué à la figure 3, la couche de revêtement supplémentaire I4 de verre électroniquement conducteur est de préférence appliquée sur chacune des fibres 9 constituant le guide de lumière 1. Une autre solution consiste à enrober un cer-5 tain nombre de fibres classiques dans une gaine tubulaire unique en verre électroniquement conducteur ou dans un tube conducteur flexible en matière plastique. Dans chacun des cas, le revêtement supplémentaire ou la gaine recouvre le premier revêtement des fibres optiques et assure une uniformité plus grande du gradient de 10 potentiel évitant ainsi les décharges électriques et les étincelles à la surface des fibres. De plus, comme les surfaces des fibres restent sèches grâce au chauffage par effet joule, les réactions chimiques qui pourraient corroder ou éroder la matière constituant la fibre ne peuvent plus se produire. 15 Selon l'invention, le revêtement supplémentaire 14 se carac térise par une stabilité chimique supérieure à la stabilité habituelle des verres optiques qu'il enrobe. Le verre électroniquement conducteur décrit plus haut convient bien à cet effet. On peut également choisir un produit susceptible de se combiner favorable-20 ment avec les ions libres de sodium à proximité de la surface du premier revêtement de façon à réduire leur mobilité et à retarder l'apparition de réactions chimiques nuisibles en présence d'humidité et de contraintes dues aux hautes tensions. En conséquence, le revêtement supplémentaire protège l'âme 25 12 et le premier revêtement 13 de chaque fibre 9 des dégradations pouvant être occasionnées par l'humidité et des agents chimiques à la surface du conduit de lumière. Ce caractère de stabilisation est utile en soi du fait qu'il améliore les qualités du guide de lumière 1, que le second revêtement soit ou non électroniquement conduc-30 teur. Un produit bien adapté à cet effet est le composé à base de silicone SC87 connu sous la marque Dri Film et commercialisé par (feneral Electric Company N.Y. En plongeant les fibres optiques dans une solution diluée de ce produit, puis en les séchant à l'air un film fin et transparent de silicone imperméable à l'eau adhère 35 étroitement aux fibres et forme ainsi le revêtement hautement stable 14 .tui enrobe complètement le pre-ier revêtement 13 des fibres individuelles 9 constituant le guide de lumière 1. 71 45195 8 2118113 II—Vr-l'iDICAT I0x» S 1- Conduit ie luhii^re d-r.+in»? =.i établir \me liri -^n de co^-uni-catlon entre -on éiér.r-nt photosensible et une source d* lnni^e, et constitué d'un certain nombre de fibres optique? parallèles, chgouœ 5 constituée d'un*1 -âme et d'un premier revête"-en+-, caractérisé en ce qu'une matière éleotroni;uenent conauctrice et de grande stabilité chimique est appliquée sur lesdites fibres et enrobe le premier revêtement. 2- Conduit '?e transmission d'énergie de rayonnement dont les ex-10 trémités sont à des potentiels électriques sensiblement différents, caractérisé en ce nue la surface audit conduit est recouverte d'un revêtement constitue de verre électroniquement conducteur assurant le passage du courant électrique qui proauit un chauffage du verre par effet joule évitant l'accumulation d'humidité à Ta surface du-15 dit conduit. 3- Conduit ue transmission d'énergie de rayonnement dont les extrémités sont » des potentiels électriques sensiblement différents, caractérisé en ce qu'il est recouvert d'un revêtement de verre é-lectroniquemerit conducteur dont la conduction électronique est su- 20 périeure à sa conduction ionique d'une valeur suffisante pour éviter la formation de gradients de potentiel localisés pouvant provoquer des décharges électriques. 4- Conduit de lumière établissant une liaison de communication entre un élément- photosensible et une source de lumière, et cons- 25 titué d'un certain nombre de fibres optiques parallèles comportant chacune une âme et un premier revêtement, caractérisé en ce qu'un second revêtement est appliqué sur lesaites fibres autour du premier revêtement, ledit second revêtement comprenant un,e matière hy-drofuge de plus grande stabilité chimique que ledit premier revête-'30 ment. 5- Conduit flexible de transmission d'énergie de rayonnement caractérisé en ce qu'il comprend une â~e, un premier revêtement et un second revêtement enrobant le premier, et en ce que ledit second reveternent présente une plus grande stabilité chimique et une plus 35 grande résistance aux attaques ae 1'humiaité/par rapport au premier. 6- Conduit suivant la revendication 5 » caractérisé en ce que la longueur dudit conduit est appréciable et en ce que ses extrémités sont agencées pour être soumises à des potentiels sensiblement différents. 7- Conduit suivant la revendication 5 caractérisé en ce que le second revêtement est transparent. 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