Brevet FR2515363A1 — publié le 19830429

DISPOSITIF PERMETTANT DE COMPENSER LES VARIATIONS DE LONGUEUR D'AU MOINS UNE FIBRE OPTIQUE GAINEE DISPOSEE DANS UNE ENVELOPPE La présente invention concerne les dispositifs permettant de compenser les variations de longueur des cibles de fibres optiques entoures dtune gaine, l'ensemble de ces fibres optiques gainees étant entouré d'une enveloppe qui, généralement, est fermés. La technique des transmissions d'information par faisceaux lumineux au moyen de fibres optiques ,prend actuellement de plus en plus dtimportance, et il est donc nécessaire de pouvoir adapter, utiliser, etc., tous ces cibles dans n'importe quel domaine. Notamment, il est intéressant de pouvoir utiliser ces cibles de fibres optiques en tout lieu, et mome dans ceux où la variation de température peut s'effectuer sur des grandes plages. Or, comme il est bien connu, les fibres optiques sont généralement réalisées à partir de silice, ou plus géneralement de verre dans des dimensions qui peuvent etre très petites, par exemple de la dimen sion dfun cheveu De plus, la surface extérieure de ces fibres est protégée par des gaines réalisées en un materiau qui est généralement à base de matière plastique. Du fait de cette structure particulière, et de l'as- sociation d'une fibre de verre qui a un coefficient de dilatation relativement faible, à un matériau à base de matière plastique qui a un coefficient de dilatation plus élevé, les fabricants et les utilisateurs se sont aperçu que, lorsque ces cibles de fibres optiques étaient soumis Q des variations de tempe'rature la variation de longueur de ces cibles n'était absolument pas négligeable.Cela pose, de ce fait, des problèmes, notamment pour éviter que des déconnexions intempestives s'effectuent aux deux extrémités des cibles Pour permettre néanmoins de pouvoir utiliser ces bles de fibres optiques, les fabricants ont généralement utilisé une enveloppe dont le diamètre intérieur était supérieur au diamètre extérieur de l'en- semble des fibres optiques occupant l'intérieur de cette enveloppe. Ainsi, les différentes variations de longueur étaient absorbées par le fait que les fibres optiques prenaient des positions plus ou moins ondulées à l'intérieur de l'enveloppe. Cependant, cette technique présente incontestablement des inconvénients car elle demande un diamètre drenveloppe beaucoup plus important que nécessaire et, de plus, les variations de longueur absorbées ne permettent pas de réaliser des longueurs de cible importantes. La présente invention a pour but de pallier ces inconvénients et de réaliser un dispositif pour compenser les variations ou fluctuations de longueur dau moins une fibre optique gainée disposée dans une enveloppe qui permette d'utiliser ces fibres optiques contenues dans des cibles en tout endroit, m8me dans ceux qui peuvent autre soumis à des variations de température importantes, tout en minimisant l'importance de l'enveloppe et donc de gagner du poids sur cs cabales, et d'avoir, malgré tout, une sécurité de fonctionnement en étant certain que les extrémités des fibres optiques resteront toujours associées correctement au connecteur qui, généralement, les terminent. Plus précisément, la présente invention a pour objet un dispositif permettant de compenser les variations de longueur d'au moins une fibre optique entourée d'une gaine, ladite fibre optique étant di'sposée dans une enveloppe, caractérisé par le fait qu'il comporte au moins un mandrin, une spire de ladite fibre optique gainée entourant une portion de surface dudit mandrin, et des moyens pour positionner la partie de ladite fibre optique formant ladite spire obtenue au niveau du mandrin, autour de ladite portion de surface. La présente invention a aussi pour objet des cibles de fibres optiques comportant le dispositif tel que décrit ci-dessus. D'autres caracteristiques et avantages de la présente invention apparattront au cours de la description suivante donnée en regard des dessins annexés à titre illustratif, mais nullement limitatif, dans lesquels - la figure 1 représente, vu en perspective, partiellement écorchée, un cble d'une pluralité de fibres optiques, tel qu'il est réalisé actuellement, --les figures 2, 3A-B, 4, 5, 6A-B et 7, représentent différents modes de réalisation avantageux d'un dispositif permettant de compenser les variations de longueur d'au moins une fibre optique gainée, disposée dans une enveloppe. Revenant plus particulièrement sur la figure 1, celle-ci représente, vu en coupe et partiellement écorchée, un mode de réalisation d'un cible d'une pluralité de fibres optiques comme ceux que l'on trouve couramment actuellement dans le commerce. Ce cible 1 comporte une enveloppe 2 de forme géneralement cylindrique, réalisée en un matériau tel que, par exemple, une résine caoutchoutée, un dlas- tomère, etc. A l'intérieur de cette enveloppe 2, est disposée une pluralité de fibres optiques 3 toutes entourées d'une gaine 4. Ensemble de ces fibres optiques 3,4, entoure un noyau 5 et occupe un volume qui peut titre très schématiquement assimilé à un cylindre dont le diamètre est nettement inférieur au diamètre intérieur 8 de l'enveloppe 2. Jusqutà présent, cette différence de dimension permettait de compenser les variations de longueur des fibres optiques gainées 3,4 par le fait -que ltensemble de celles-ci disposées autour dtun noyau 5 prenait des ondulations à l'intérieur de cette enveloppe 2 Le but de la présente invention est de réaliser un dispositif pouvant compenser les variations de longueur de lwensemble de ces fibres optiques montées autour du noyau 5 sans qu?il soit nécessaire d'obtenir une enveloppe 2 ayant un diamètre intérieur nettement supérieur au volume occupé par llensemble des fibres optiques 3,4. Préalablement à la description des différents modes de réalisation avantageux du dispositif, dans la présente description, il ne sera fait référence qu'a' une seule fibre optique et ceci dans un souci de simplification des dessins, et dans le but d'une compréhension plus facile de la structure du dispo sitif et de son fonctionnement0 I1 est bien évident que sans aucune difficulté, l'homme de l'art pourra adapter ce dispositif à une pluralité de fibres optiques. Dans cet esprit, la figure 2 représente un premier mode d'un tel dispositif. Ce dispositif comprend un mandrin 210 disposé dans une enveloppe 220 qui peut autre éventuellement une continuité de l'enveloppe 230 entourant une fibre optique 240 entourée d'une gaine. Cette enveloppe 220 est, dans ce mode de réalisation associée par exemple à un connecteur nille 250 de fibres optiques bien connu en lui-mêmeO Le mandrin 210 est fixé par rapport à l'enveloppe 220 et comporte, sur sa périphérie 211, une rainure 260 hélicoSdale, formant plusieurs tours à la périphérie latérale 211 du mandrin 210 de telle façon que les extrémités 280, 290 de cette rainure débouchent de part et d'autre de ce mandrin 210. La fibre 240 a généralement un diamètre qui a une certaine valeur, bien connu des hommes de l'art, pour cela, la rainure 260 est réalisée de telle fa çon quelle a une profondeur nettement supérieure au diamètre de la fibre optique 240. Dans le montage représenté sur la figure 2, la fibre optique 240, qui est reliée au connecteur 250, est disposée dans la rainure 260 de ce mandrin de façon qu'elle forme un certain nombre de spires. Cette fibre optique 240 est disposée dans le fond 261 de cette rainure 260 lorsque la fibre optique a sa longueur minimale. Ainsi, lorsque des variations de longueur de cette fibre 240 sont obtenues, notamment dues à des variations correspondantes de température qui, dans le cas considéré ne doit permettre à la fibre optique que de stalronger, celles-ci sont compensées par une augmentation du diamètre des spires de la fibre optique 240, Cette augmentation de diamètre sera possible au maximum pour que ces spires viennent sensiblement au contact de la surface intérieure 245 de l'enveloppe 220. L'homme de l'art pourra calculer facilement la profondeur de cette rainure 260 et le nombre de ces tours pour que, dans les variations de diamètre de ces spires, ce dispositif puisse compenser. et absorber toutes les variations possibles de longueur de la fibre 240. En fait, cette compensation maximale se vérifie facilement par la formule 2 . (R-r).x; dans laquelle R représente le diamètre intérieur 245 de l'enveloppe 220, et r le diamètre minimal de la rainure 210 (qui est supposé de forme cylindrique), x étant le nombre de tours ou de spires possibles pour la fibre optique 240. Dans ce modeste réalisation, l'axe 285 du mandrin est sensiblement confondu avec Itaxe 295 des enveloppes 220,230, et la rainure 260 présente sa forme hélicogdale autour de ces mimes axes 285,295. La fibre 3A, B, représente un autre mode de réalisation d'un dispositif qui, dans le principe, est identique à celui de la figure 2, mais, dans ce cas, le mandrin 310 est disposé dans l'enveloppe 320 et affecte la forme générale d'une sphère dans laquelle est réalise une rainure 360 dont les deux extrémités 380,390 sont situées sensiblement sur un axe 385 qui est sensiblement perpendiculaire à l'axe 395 des enveloppes 320,330. La figure 3A représente en coupe longitudinale, le dispositif dans lequel la fibre optique 340 forme sensiblement une pluralité de spires 341 qui sont guides dans la rainure 360 où l'on voit qu'unie partie 342 de ces spores est éloignée aW fond 300 de cette rainure 360. La représentation de la forme des spires de la fibre 340 autour du mandrin 310 laisse supposer, étant donné qu'unie partie de ces spires ntest pas plaquée, dssune part, contre le fond 300 de la rainure 360; et, d'autre part, contre la surface intérieure de i'en- veloppe 320, que la fibre 340 a une longueur moyenne et que celle-ci pourra, suivant des variations de température, soit se rétrécir, soit s'allonger sans que cela nuise à la position de la partie émergente 345 de la fibre 340 qui, dans le mode de réalisation, peut autre considérée comme la partie de la fibre 340 représentée sur la partie gauche de la figure 3A. Dans ces deux modes de réalisation, selon les figures 2 et 3A > B, dew principe identiques, les deux mandrins seront fixés de façon adéquat par rapport â leurs enveloppe respectives 220 et 320 et plus particulièrement dans le cas de la figure 2, le mandrin sera positionné entre deux butées 26f,275 dont une 265 pourra etre à demeure et l'autre constituée par un clips 275. Par contre, dans le cas du mandrin selon la figure 3, celui-ci pourra autre maintenu par des paliers 301,302 réalisés en collaboration avec la paroi de 11 enveloppe 320. La figure 4 représente un autre mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention qui comporte essentiellement un mandrin 410 disposé dans une enveloppe 420, de façon que la surface intérieure 400 de l'en- veloppe 420 définisse, avec la surface extérieure conique 405 du mandrin 410, un espace 403 en forme de tronc conique annulaire, ayant une épaisseur sen siblement supérieure au diamètre de la fibre 442. Le mandrin 410 est fixé solidairement à l'enveloppe 420 au moyen d'un fond 4110 Ce fond 411 comporte une ouverture 412 permettant le passage de la fibre optique 442 qui pourra être reliée au connecteur tel que par exemple explicité en regard de la figure 2. La fibre 442 est donc disposée à l'intérieur de cette enveloppe et autour du mandrin de façon quelle émerge en partie 443 par l'orifice 412, et-qutelle fasse, autour de ce mandrin 410, un certain nombre de spires 422, et que son autre extrémité 444 soit dirigée vers l'enveloppe de grande longueur 430, c'est-à-dire en fait du cible de fibres optiques. De cette façon, on peut considérer que l'extrémité 443 de le fibre est relativement fixe par rapport au fond 411, mais que, par contre, l'extrémité 444 peut subir des déplacements du fait des variations de longueur de la fibre optique comme dit précédemment, dus par exemple à des variations de température. Dans ce cas, omme l'épaisseur de espace 403 séparant le mandrin 410 de l'enveloppe 420 est légèrement superieur au diamètre de la fibre, celle-ci peut coulisser relativement librement autour de la partie conique 401 du mandrin 410 et les variations meme impertantes de longueur, du fait de la forme hélicoidale de ces spires qui ont se superposer les unes aux autres, a variation de longueur peut autre ainsi compensée par de nouvelles spires se formant autour du mandrin 410 L'homme de l'art pourra, bien entendu, déterminer la valeur et notamment la longueur du mandrin 410 pour que celui-ci puisse absorber toutes les variations de longueur possibles dans des conditions données, cette détermination ne présentant pas de difficulté. La figure 5 représente un autre mode de réalisation d'un disposi.tif sensiblement identique dans son principe à celui de la figure 4, mais, dans ce cas, le mandrin 510 est délimité par deux surfaces, respectivement une surface cylindrique 501 terminée par une surface conique 502. Ce dispositif présente un avantage sur le précédent; ctest qu'il permet d'avoir, sur la longueur de la surface cylindrique 501 un diamètre de spires plus grand qui entraçne une compensation plus importante des variations de longueur de la fibre optique 542 sur une longueur plus courte0 En conséquence, l'avantage essentiel du dispositif selon la figure 5 par rapport au dispositif selon la figure 4, est que pour une même variation possible. de longueur de la fibre optique, la longueur du mandrin suivant les axes respectivement 450 (figure 4) et 550 (figure 5), sera plus courte pour le mode de réalisation de dispositif selon la figure 5 que celui selon la *i-,xre 4. Dans les modes de réalisation illustrés ci-dessus, les compensations de variation de longueur de la fibre optiques gainée par rapport à l'enveloppe entou rant celle-ci, s'effectuent essentiellement par le fait que ce surplus de longueur de la fibre optique est positionné autour d'une surface de référence, essentiellement désigné autour du mandrin, de telle façon qus "' ? fibre s'éloigne de ce mandrin, ou alors se bobine elle-meme autour de clui-ci. Dans certains modes de réalisation, la fibre peut meme être guidée par des rainures. La figure 6 représente un autre mode de réalisation dans lequel le surplus de longueur de la fibre optique est enroulé autour d'un mandrin mobile pouvant pivoter autour d'un axe sous l'action de différents moyens, essentiellement comme illustrés sur le mode de réalisation par un ressort de rappel. Plus précisément, le dispositif représenté sur la figure 6 comprend dans une enveloppe 620, un mandrin 610 monté pivotant autour deux axe 611, qui s'appuit sur des paliers 612,613 réalisés par exemple dans la paroi de l'enveloppe 620. Ce mandrin est essentiellement constitué de deux bobines juxtaposées 621 et 622, ayant des diamètres respectivement différents dans le mode de réalisation illustré. Ainsi, la fibre 642 est roulée dans un premier sens autour de la première bobine 622, et traverse ensuite par exemple la paroi médiane 623 dans un conduit 680 pour continuer à s'enrouler sur la bobine 621, mais dans un sens inverse du sens d'enroulement de la fibre sur la bobine 622. Dans le mode illustré, la bobine 621 a un diamètre plus grand que celui de la bobine 622, de ce fait, ltextrémite. 643 de la fibre optique émergeant de cette bobine 622 sera la fibre optique qui a une longueur de beaucoup la plus importante que la longueur, vers laquelle est tournée l'extrémité 644 de la fibre optique 642. De plus, le dispositif comprend un ressort de rappel 650 qui est fixé à une extrémité 651 sur l'axe 611, et à son-autre extrémité 652 sur le mandrin 610. De ce fait, Si une diminution de longueur se produit sur la fibre optique 642, cela revient à exercer, respectivement sur les extrémités 643 et 644 de cette fibre optique 642 une tracticn tendant à la débobiner respectivement des deux bobines 621 et 622, réalisées dans le mandrin 610. De ce fait, on comprend pourquoi les deux bobines sont enroulées dans le sens inverse, ceci pour permettre que les deux parties de fibre optique 690 dans la bobine 627 et 691 dans la bobine 622 puissent se dérouler quand le mandrin 610 tourne dans un seul et mme sens. Dans cette hypothèse, c'est-à-dire celle qui tend à dérouler la fibre optique 642, le ressort de rappel 650 est bandé pour emmagasiner de l'énergie élastique, qui sera restituée lorsque, par exemple, la fibre optique 642 aura la tendance inverse et donc de se rallonger. Du fait que le ressort srest bandé, le mandrin sera animé d'un mouvement de rotation pour rebobiner le surplus de longueur de la fibre optique qui se sera allongée. Bien entendu, si les longueurs de fibre optique, de part et d'autre de ce mandrin, sont sensiblement égales, les diamètres des bobines 621 et 622 seront alors sensiblement égaux. Par contre, le diamètre de bobine le plus grandet associe à la longueur de la fibre optique qui est la plus courte. En fait, les diamètres des bobines sont sensiblement une fonction inversement proportionnelle à la longueur de fibres à compenser. Enfin, la figure 7 représente un autre mode de réalisation d'un dispositif permettant de compenser les variations de longueur d'au moins une fibre optique gainée 742 par rapport à une enveloppe 720. Ce dispositif trouve une application particulièrement avantageuse dans les câbles de très grandes longueurs. Il peut en Qtre disposé de façon échelonnée tout le long de ces cibles pour que ces variations de longueur telles qu'elles ont été explicitées ci-avant, puissent & re compensées. La figure 7 représente, très schématiquement, unde ces dispositifs disposé dans un cabale. Il est composé essentiellement de deux parties, une première partie r, comprenant des moyens permettant de positionner et maintenir, avec'une relative rigidité, la fibre optique, et une deuxième partie 722 et 723 permettant de compenser les' variations de longueur. Ce dispositif comprend donc un mandrin 710 comportant essentiellement les deux parties cylindriques 721 et 722,723 de diamètre différent, la partie cylindrique 721 se trouvant sensiblement entre les deux surfaces cylindriques 722,723 De plus, cette partie cylindrique 721 comporte une rainure continue 713 dont les deux extrémités 714 et 715 débouchent de part et d'autre de cette surface cylindrique 721, au niveau des surfaces cylindriques de plus faible diamètre 722,723. La fibre optique 742 est alors disposée sur ce mandrin 710 de façon qu'elle fasse un certain nombre de spires autour respectivement des deux parties des surfaces cylindriques 722,723, de part et d'autre de la surface cylindrique 721 tout en passant dans la rainure 713. De ce fait, la fibre optique 742 est sensiblement maintenue dans la partie cylindrique 721 à la manière des tours morts sur zm cabestan, et, par contre, les deux parties de surface cylindrique 722,723 permettent d'absorber les fluctuations de longueur des deux cotés 743,744 de la fibre optique 742 par rapport à ce mandrin 710 de la même façon qu'expliqué par exem ple pour les dispositifs tels qu'illustrés sur les figures 4 et 5. Bien entendu, ce mandrin 710 est positionné dans la gaine 720, de façon qu'il soit maintenu entre deux butées 750 et 757 constituée par exemple de clips pour pouvoir légèrement glisser latéralement et positionner le mandrin dans ltenveloppe 720 par rapport notamment aussi à la fibre 742. Ainsi, un câble de fibres optiques de m8me type que celui qui a 6té représenté sur la figure 1 pourra comporter une pluralité de tels dispositifs répartis de façon répétitive le long de ce câble, et on peut maintenant concevoir des cibles de fibres optiques de longueur très importante, chose qui n'était pas possible jusqu'à présent du fait des variations de longueur nr négligeables des fibres optiques gainées. REVENDIC~ATIONS 1/ Dispositif permettant de compenser les variations de longueur d'au moins une fibre optique (3) entourée dlune gaine (4), ladite fibre optique (3) étant disposée dans une enveloppe (2), caractérisé par le fait qu'il ccmporte au moins un mandrin (210,310,410,...), une spire (342,422,690,691,...) de ladite fibre optique gainée entourant une portion de surface dudit mandrin, et des moyens pour positionner la partie de ladite fibre optique formant ladite spire obtenue au niveau du mandrin autour de ladite portion de surface. 2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits moyens sont constitués par l'espace (403,360,...) compris entre ladite portion de surface dudit mandrin et ladite enveloppe, cet espace ayant une épaisseur très supérieure à l'épaisseur de ladite fibre optique. 3/ Dispositif selon la revendication 2, carac tezrisé par le fait que ladite fibre optique est guidée dans ledit espace dans une rainure (260,360,...) formec autour dudit mandrin 4/ Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que ladite portion de surface durit mandrin est cylindrique (211,722,...) 5/ Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que ladite portion de surface est conique (401,502,..,), 6/ Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérise par le fait que ladite portion de surface est constituee de deux surfaces adjacentes (501a502 ) respectivement cylindrique et conique 7/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens de montage (265,275,301,302,612,613) dudit mandrin dans ladite enveloppe. 8/ Dispositif selon a revendication 7, caractérisé par le fait que lesdits moyens de montage comportent un axe de rotation apte à coopéner avec un palier respectivement sur l'un des deux éléments constitués par ladite enveloppe et ledit mandrin. 9/ Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par le fait que lesdits moyens de montage sont constitués par un mandrin apte à coulisser dans ladite enveloppe par au moins une portion (211) de sa surface extérieure entre deux butées (265,275,750, 751) limitant sa course. 10/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit mandrin comporte au moins deux portions (621,622,722,723) de surface autour desquelles sont aptes à s'entourer des portions de spire de ladite fibre optique. 1 1/ Dispositif selon la revendication 10, caractérisé par le fait que les deux dites portions de surface sont séparées par une paroi médiane (623 > 721) dans laquelle est réalisée une rainure (680,713)0 12/ Dispositif selon l'une des revendications 10 et 11, caractérisé par le fait que les deux portions de surface sont constituées respectivement par deux bobines (621,622), ladite fibre optique étant entourée au moins partiellement, respectivement autour des deux dites bobines dans deux sens opposés des moyens élastiques (650) agissant sur ledit mandrin pour le ramener dans une position déterminée. 13/ Câble de fibre optique comportant au moins un dispositif selon l'une des revendications précé dents 14/ Cabale selon la revendication 13, caractérisé par le fait qu'il comporte une pluralité de dispositifs répartis le long dudit cible. 15/ Câble selon l'une des revendications 13 et 14, caractérisé par le fait qutil comporte une enveloppe (720), un mandrin (710), constitués de trois parties sensiblement respectivement de deux parties latérales (722,723) de forme sensiblement cylinari- que et/ou conique, d'un diamètre inférieur au diamètre intérieur de ladite enveloppe, une partie médiane (721) disposée entre les deux dites parties latérales, cette partie médiane ayant un diamètre sensiblement identique au diamètre intérieur de ladite enveloppe, cette dite partie latérale comportant une rainure (713) continue débouchant (714,715) de part et autre de celle-ci > respectivement vers les deux dites parties latérales