Brevet FR2558604A1 — publié le 19850726

FIBROSCOPE La présente invention se rapporte à un fibros- cope prévu pour etre inséré dans des intervalles sombres et étroits définis entre un grand nombre d'objets longs, par exemple, dans un ensemble de barreaux de combustible nucléaire d'un réacteur nucléaire, afin d'observer leur périphérie; elle vise plus particulièrement un fibroscope qui permet l'observation dans une large plage à distance immédiate de son objectif. L'objectif d'un fibroscope usuel à vision latérale est représenté en coupe sur la figure 1. Comme illustré sur cette figure, une lumière transmise par un guide de lumière 11 est projetée radialement suivant un angle par rapport à l'axe longitudinal du guide de lumière, au moyen d'un prisme (non représenté) ou dispositif ana- logue prévu à sa pointe. L'angle" de projection de la lumière sortant du guide de lumière Il est limité, en général à une valeur maximale de 60 environ, par la circonférence exté- rieure d'un tube de sonde prévu à la pointe du guide de lumière 11. D'autre part, un guide d'image 12 comportant un prisme et une lentille (non représentés) à sa pointe, est prévu pour capter la lumière dans une plage corres- pondant à un angle de vision radiale. Cet angle est également limité, en général à 45 environ, par la ciroonférence extérieure d'un tube de sonde prévu à la pointe du guide d'image 12. Puisqu'il faut qu'une lumière réfléchie, venant d'une plage éclairée par une lumière 2 2558604 projetée au moyen du guide de lumière 11, soit captée par le guide d'image 12, il est nécessaire de déterminer les angles des prismes du guide de lumière 11 et du guide d'image 12 de fagon à répondre à cette condition. Toute- fois, lorsque les intervalles entre un objet à observer et un élément de vision du fibroscope sont étroits, on rencontre l'inconvénient que la plage de projection de lumière du guide de lumière 11 ne peut pas éclairer tout le champ de vision du guide d'image, quel que soit l'angle de réglage du prisme. Autrement dit, c et P présentant les limites supérieures indiquées plus haut et le guide de lumière 11 ne pouvant pas être placé très loin du guide d'image 12 compte tenu des limitations imposées par l'utilisation, on rencontre l'inconvénient ci-après. Dans le cas o on observe un point éloigné du guide d'image 12 d'une distance H (par exemple, de l'ordre de plusieurs centaines de millimètres) , tout un champ de vision d'une longueur D peut être éclairé du fait de l'élargissement de la plage de projection de lumière. Par contre, dans le cas o on observe un point éloigné du guide d'image 12 d'une distance h (par exemple, plusieurs millimètres) sensiblement plus petite que H, seule une fraction (partie de longueur d') d'un champ de vision de longueur d est éclairée, de sorte que la plage d'obser- vation est étroite et que l'efficacité de l'inspection est notablement réduite. Dans un réacteur nucléaire, les barreaux de combustible nucléaire sont placés dans un bassin de refroidissement, dans une position verticale o ils sont groupés de façon à laisser entre eux de nombreux inter- valles étroits. Les barreaux de combustible nucléaire sont généralement constitués d'un tube de revêtement contenant des pastilles de combustible nucléaire et on inspecte périodiquement le tube de revêtement pour éviter les fuites de produits de fission radio-actifs. On ne connaît pas de procédé simple pour effectuer cette observation. Bien que le fibroscope usuel soit applicable pour cette observation, les intervalles entre les barreaux de combustible nucléaire sont étroits de sorte que le champ de vision défini par la projection venant du guide de lumière 11 est étroit et l'efficacité de l'inspection est très faible. Le -fibroscope usuel n'a donc jamais été utilisé en pratique. La présente invention évite les inconvénients liés au fibroscope usuel. Elle a pouyo eMe un fibroscope qui permet d'éclairer tout un champ de vision d'un guide d'image, de façon à obtenir une observation efficace même à distance immédiate d'un objectif lorsque la distance à un objet à observer est de 2 mm ou moins. La présente invention a pour deuxième objet un fibroscope qui permet de procéder efficacement à l'obser- vation d'un ensemble de barreaux de combustible nucléaire. La présente invention a pour troisième objet un fibroscope qui permet l'observation tout en maintenant une faible perte de lumière par transmission, même dans un environnement radio-actif, de sorte qu'il permet une observation claire et sans difficulté même s'il est prolongé à grande distance en dehors de l'environnement radio-actif. La présente invention a pour quatrième objet un fibroscope possédant une pluralité de plages d'observation ou de champs de vision et dont l'efficacité de balayage est améliorée. La présente invention a pour cinquième objet un fibroscope qui permet d'effectuer efficacement un balayage d'observation et qui évite la détérioration du guide d'image, du guide de lumière ou d'une autre partie, pendant l'opération de balayage. La présente invention a pour sixième objet un fibros- cope qui peut être inséré dans un intervalle étroit et qui permet l'observation efficace d'un objet situé à distance immédiate de l'objectif du fibroscope. Conformément à l'invention, on préconise un fibros- cope caractérisé en ce qu'il comprend un guide d'image et deux guides de lumière, le guide d'image et les guides de lumière étant placés en parallèle dans l'objectif de façon à ce que le guide d'image se trouve entre les guides de lumière, un élément de vision et des éléments de projec- tion de lumière pour la vision latérale étant prévus sensiblement à la même position longitudinale du guide d'image et des guides de lumière. D'autres objets et avantages de l'invention apparaî- tront aux hommes de l'art à la lecture de la présente description de ses modes de réalisation, non limitatifs, représentés sur les dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une coupe schématique illustrant l'objectif et le champ de vision d'un fibroscope usuel; la figure 2 est une vue schématique générale d'un fibroscope conforme à la présente invention, la figure 3 est une coupe suivant le ligne III-III de la figure 2, la figure 4 est une vue, à plus grande échelle, de la partie située dans le cercle IV indiqué en pointillé sur la figure 2, la figure 5 est une coupe schématique illustrant la plage de projection de lumière et le champ de vision de l'objectif d'un fibroscope conforme à l'invention;- la figure 6 est une coupe schématique de l'objectif du guide d'image d'un fibroscope conforme à l'invention, suivant la ligne VI-VI de la figure 4; la figure 7 est une coupe schématique de l'objectif du guide de lumière d'un fibroscope conforme à l'inven- tion, suivant la ligne VII-VII de la figure 4; la figure 8 est une coupe schématique suivant la ligne VIII-VIII de la figure 2, la figure 9 est une vue schématique illustrant la position d'un fibroscope pour l'observation d'un ensem- ble de barreaux de combustible nucléaire; la figure 10 est une vue schématique illustrant l'objectif d'un deuxième mode préféré de réalisation de l'invention; la figure 1l est un schéma illustrant la position d'utilisation de ce dispositif; la figure 12 est une vue schématique illustrant l'objectif d'un troisième mode préféré de réalisation du fibroscope suivant l'invention et, la figure 13 est un schéma illustrant l'utilisa- tion de ce dispositif. On se reporte maintenant à la figure 2 qui repré- sente schématiquement un premier mode préféré de réalisa- tion d'un fibroscope conforme à l'invention. Un guide d'image 21 et des guides de lumière 22, 23, constitués par des faisceaux de fibres optiques décrits plus loin, sont disposés dans un objectif prévu à la pointe du fibroscope, de sorte que les guides de lumière 22, 23 se trouvent de part et d'autre du guide d'image 21, comme représenté à la figure 3. Comme représenté à la figure 4 qui est une vue de liobjectif, à plus grande échelle, un élément de vision 21a du guide d'image 21 et des éléments de projection de lumière 22a, 23a des guides de lumière 22, 23 sont tournés en direction perpendiculaire à la fois à leur direction longitudinale et à leur direction d'alignement, leurs positions dans la direction longitudinale étant prévues pour coincider les unes avec les autres. Il n'est pas nécessaire que l'élément de vision 21a et les éléments de projection de lumière 22a, 23a soient correc- tement orientés dans la direction perpendiculaire indiquée ci-dessus et un champ de vision du guide d'image 21 peut être inclus dans les plages de projection de lumière des guides 22, 23, comme représenté à la figure 5. Sur cette figure, l'angle de vision du guide d'image 21 est désigné par B et l'angle de projection de lumière des guides de lumière 22, 23 estdésigné par.. Les angles de prismes (voir les figures 6 et 7), prévus aux pointes du guide d'image 21 et des guides de lumière 22, 23, sont choisis de façon appropriée et les directions de l'élément de vision 21a et des éléments de projection de lumière 22a, 23a sont déterminées de manière à ce qu'un champ de vision d'une longueur w, au point situé à la distance immédiate désirée h par rapport au guide d'image 21, soit compris dans les plages de projection de lumière des guides de lumière 22, 23, définies par l'angle. de projection de lumière. En bref, dans un fibroscope conforme à la présente invention, l'insuffisance de plage d'éclairage, pour un champ de vision d'un guide d'image, par l'un des deux guides de lumière est compensée par un éclairage venant de l'autre guide de lumière. En outre, puisqu'on désire que les plages d'éclairage par les deux guides de lumière 22, 23 soient larges, les directions circonfé- rentielles des éléments de projection de lumière 22a, 23a sont de préférence déviées vers le guide d'image 21 placé au centre. On se reporte maintenant à la figure 6, qui est une coupe suivant la ligne VI-VI de la figure 4, et à la figure 7 qui est une coupe suivant la ligne VII-VII de la figure 4. Le guide d'image 21 et le guide de lu- mière 22 (ainsi que le guide 23) sont logés dans des tubes de sonde 24, 25, fabriqués par exemple en acier inoxydable. L'élément de vision 21a comprend: un orifi- ce 21b de vision latérale, de dimension appropriée, prévu dans la surface périphérique de la pointe du tube de sonde 24; un prisme 21c prévu à l'extrémité du guide d'image 21 et présentant deux plans qui sont respectivement en face de l'orifice 21b de vision laté- rale et de l'extrémité du guide d'image 21, ces deux plans formant entre eux un angle droit; et des lentilles de focalisation prévues entre le prisme 21c et l'extré- mité du guide d'image 21. De même, l'élément 22a de projection de lumière comprend: un orifice latéral 22b de projection de lumiè- re, prévu dans la surface circonférentielle de la pointe - du tube de sonde 25, de façon analogue à l'orifice 21b de vision latérale décrit plus haut; et un prisme 22c disposé de la même manière que le prisme 21c. Le prisme 21c et le prisme 22c sont fixés de sorte que l'angle défini entre un axe optique et un plan de réflexion du guide d'image 21 et du guide de lumière 22, respective- ment, soit de 450, ou autre si nécessaire. Les extrémités des tubes de sonde 24, 25 sont fermées, l'élément de vision 21a et les éléments 22a, 23a de projection de lumière étant brasés l'un à l'autre de manière à être orientés dans la direction décrite plus haut, les tubes de sonde 24, 25, 25 étant d'autre part brasés à une boîte de jonction 26 de façon à être parallèles les uns aux autres. Les prismes 21c, 22c et les lentilles 21d, 22d, décrits ci-dessus, sont fixés dans les tubes de sonde 24, 25 au moyen d'adhésifs appropriés. Le guide d'image 21 sort du tube de sonde 24 à l'endroit de la boite de jonction 26 et il se prolonge, dans un tube flexible 27 raccordé à la boîte de jonction 26, jusqu'à un oculaire 28. De même, les guides de lumière 22, 23 se prolongent de la boite de jonction 26 à un branchement 29 raccordé à une source de lumière, par l'intermédiaire du tube flexible 27. Le guide d'image 21 et les guides de lumière 22, 23 sont disposés à l'intérieur du tube flexible 27 de façon à être tous en contact avec l'intérieur du tube flexible 27 et en même temps en contact les uns avec les autres, comme représenté à la figure 8. Le tube flexible 27 est obtenu par application d'un revêtement 27b en caoutchouc ou matière plastique sur un tube métallique 27a enroulé en spirale. Bien qu'un faisceau d'une pluralité de fibres optiques, de type connu, soit utilisable pour le guide d'image 21 et les guides de lumière 22, 23, on utilise de préférence la spécification ci-après, dans les cas o le dispositif est utilisé en environnement radio- actif, de façon à ce que la perte de lumière par transmission reste faible dans un tel environnement. Plus précisément, on utilise une âme en silice synthétique pure (Si02), d'une pureté de 99,99 %, contenant 10 à 300 parties par million de radical OH, qui peut être obtenue par un procédé selon lequel SiO2 est déposé à partir de SiCl4 par une technique de plas- ma d'argon ou de plasma d'oxygène ou autre. On forme un revêtement de silice synthétique pure dopée avec des fluorures (par exemple SiF4) et/ou des composés de bore (par exemple BC13, BF3) en quantité requise pour le réglage du facteur de réflexion. Une couche support en silice naturelle est prévue du côté extérieur de la couche de revêtement et on soude ensemble par fusion les couches supports des fibres optiques, pour obtenir le guide d'image 21 et les guides de lumière 22, 23. En variante, on peut former un guide d'image 21 et des guides de lumière 22, 23 en supprimant les couches supports et en soudant ensemble les revêtements par fusion. De préférence, on utilise non seulement un guide d'image 21 et des guides de lumière 22, 23, mais égale- ment des prismes 21c, 22c et d'autres dispositifs opti- ques présentant une résistance élevée aux radiations. La figure 9 illustre une situation dans laquelle un objectif, c'est-àdire essentiellement les tubes de sonde 24, 25, 25, est inséré dans un intervalle entre des barreaux 30, 30... de combustible nucléaire, dans un ensemble de barreaux, pour observer la surface de l'un des barreaux. l'objectif est supporté de façon à pouvoir être déplacé dans les trois dimensions au moyen d'un manipulateur, non représenté. L'oculaire 28, et le raccord 29 relié à une source de lumière,sont placés à l'extérieur de l'environnement radio-actif.L'élément de vision 21a ou les éléments 22, 23 de projection de lumière sont approchés du barreau 30 de combustible nucléaire à observer, horizontalement, jusqu'à la position désirée, avec observation au moyen de l'oculaire 28. On procède ensuite au balayage dans la direction verticale. Puisque les intervalles entre les barreaux 30, 30... de combustible nucléaire ont une dimension de l'ordre de 1,6 à 4mm, les tubes de sonde 24, 25 sont prévus avec un diamètre extérieur de 1,5 à 3,0 mm, un peu plus petit que la dimension des intervalles ci-dessus. Ainsi, on peut insérer sans difficulté les tubes de sonde 24, 25 dans l'intervalle entre les barreaux 30, 30... de combus- tible nucléaire. Bien que la distance du guide d'image 21 à la surface des barreaux 30, 30... de combustible nucléaire soit de 2 mm ou moins, les guides de lumière 22, 23 éclairent, comme représenté sur la figure 5, un champ de vision du guide d'image 21 qui permet de procé- der à l'observation dans une grande plage. Un deuxième mode préféré de réalisation d'un fibroscope conforme à l'invention est décrit maintenant avec référence à la figure lO, qui représente l'objectif du fibroscope. Trois unités, dont chacune comprend le guide d'image 21 et les guides de lumière 22, 23 placés de part et d'autre du guide d'image 21 dans une combinai- son semblable à celle qui a été décrite ci-dessus (appe- lée, dans ce qui suit, unité de fibroscope), sont dispostee en parallèle dans la direction d'alignement du guide d'image 21 et des guides de lumière 22, 23. Le nombre des unités de fibroscope n'est pas limité à trois. Les unités de fibroscope 31, 32, 33 sont disposées cn paral- lèle de sorte que les positions longitudinales de l'élément de vision 21a et des éléments de projection de lumière 22a, 23a diffèrent les unes des autres. la valeur du décalage t peut être choisie à volonté, en fonction des applications du fibroscope. Par exemple, comme repré-senté sur la figure ll qui se rapporte à l'extension d'un champ de vision dans la direction circonférent:ielle d'un barreau 30 de combustible nucléaire, une valeur t de 1 à 4 mm est suffisante. Ainsi, on peut réduire le nombre d'heures nécessaires pour l'exploration par balayage vertical d'un barreau 30 de combustible nucléaire, ou améliorer la précision de l'observation. En outre, on peut observer simultanément trois barreaux 30, 30... en un oul balayage vertical, si on donne à t une valeur qui coïncide avec le pas desz barreaux 30, 30... de combustible nucléaire. On se reporte maintenant à la figure 12 qui représente un troisième mode préféré de réalisation d' un fibroscope conforme à l'invention. Les trois unités de fibroscope 31, 32, 33 sont disposées en parallèle de la même façon que dans le cas de la figure 10, de sorte que l1 l'élément de vision 21a et les éléments de projection de lumière 22a, 23a peuvent occuper des positions longi- tudinales différentes suivant les unités. Une unité auxiliaire 40 de fibroscope est disposée en parallèle, du côté extérieur de l'unité de fibroscope 31, de fagon à se trouver dans le même plan que les trois unités de fibroscope 31, 32, 33. L'unité auxiliaire de fibroscope 40 comprend un guide d'image central 41 et des guides de lumière 42, 43 placés de part et d'autre du guide d'image 41, comme dans les unités de fibroscope 31, 32, 33 décrites plus haut, mais la pointe du guide d'image central 41 est en retrait par rapport à la pointe du guide de lumière 43 le plus proche de l'unité de fibroscope 31 et la pointe du guide de lumière 42 le plus extérieur est en retrait par rapport à la pointe du guide d'image 41. L'élément de vision 41a et les éléments de projection de lumière 42a, 43a sont orientés perpendiculairement à la direction longitudinale du fibroscope et à la direction d'observation des unités de fibroscope 31, 32 33, et vers l'extérieur. La vision et la projection de lumière par le guide d'image 41 et les guides de lumière 42, 43 respectivement ne sont pas perturbées, grâce aux différences de position de leurs pointes. De plus, l'élément de vision 41a et les éléments de projection de lumière 42a, 43a sont disposés de sorte que le champ de vision du guide d'image 41 soit suffisamment éclairé par les guides de lumière 42, 43. Dans ce mode de réalisation préféré, lorsque l'ob- servation est effectuée par balayage le long d'un objet, par exemple un barreau 30 de combustible nucléaire, on peut observer en même temps également l'existence d'un obstacle dans la direction de balayage, ce qui permet d'effectuer l'observation sans risque de détério- rer l'objectif. Comme décrit plus haut, le balayage peut être exécuté avec sécurité dans les deux directions si on prévoit des unités auxiliaires de fibroscope 40, 40 de part et d'autre des unités de fibroscope 31, 32, 33. D'autre part, bien qu'une seule unité auxiliaire de fibroscope 40 soit combinée avec une pluralité d'unités de fibroscopes 31,32,33 dans le mode préféré de réalisation décrit plus haut, il est entendu qu'une unité auxiliaire de fibroscope 40 peut être combinée avec seulement une unité de fibroscope, comme représenté aux figures 2 à 7. On se reporte maintenant à la figure 13 qui illus- tre une situation dans laquelle les barreaux 30, 30... de combustible nucléaire sont observés au moyen de la combinaison de l'unité auxiliaire de fibroscope 40 et des unités de fibroscope 31, 32, 33. On insère les unités de fibroscope 31, 32, 33, 40 dans les intervalles entre les barreaux 30, 30... La boîte de jonction 26 proche des pointes des unités de fibroscope 31, 32, 33, 40 est prévue de manière à être déplaçable dans trois directions X-Y-Z au moyen d'un manipulateur (non représenté), l'élément de vision 21a de chacune des unités de fibroscope 31, 32, 33 étant amené en face du barreau désiré 30 et étant déplacé vers le haut et le bas. Les unités de fibroscope 31, 32, 33, 40 sont reliées à un oculaire commun 28 et un raccord commun 29 est relié à une source de lumière. L'oculaire 28 est relié à un appareil 51 de réception d'image, par exemple une caméra de télévision, et le raccord 29 est relié à une source de lumière 52. L'appareil de réception d'image 51 est raccordé à un dispositif de contrôle 53 sur lequel apparaissent les images prises par les unités de fibroscope 31, 32, 33. Dans ce mode de réalisation préféré, on peut voir simultanément trois images prises par les trois unités de fibroscope 31, 32, 33 et une image prise par l'unité auxiliaire de fibroscope 40. D'autre part, cette construction, dans laquelle les unités de fibroscope 31, 32, 33, 40 sont raccordées à l'appareil 51 de réception d'image et à la source de lumière 52 et dans laquelle l'objectif peut être déplacé au moyen d'un manipulateur, peut s'appliquer également aux premier et deuxième modes de réalisation décrits plus haut. Bien que la caméra de télévision 51, la source de lumière 52, le dispositif de contr8le 53 soient placés près d'un observateur situé à l'extérieur d'un environnement radio-actif, dans une telle construction lorsqu'on utilise un guide d'image et des guides de lumière constitués par des fibres optiques comme décrit plus haut, la perte de transmission de lumière est faible, de sorte qu'on peut obtenir une image distincte même si le guide d'image et les guides de lumière sont prolongés sur une longue distance. Il est entendu que des modifications de détail peuvent être apportées dans la forme et la construction du dispositif suivant l'invention, sans sortir de cadre de celle-ci. REVENDICATIONS 1. Fibroscope, caractérisé en ce qu'il comprend un guide d'image (21) et deux guides de lumière (22, 23), ce guide d'image et ces guides de lumière étant placés en parallèle dans l'objectif de façon à ce que le guide d'image se trouve entre les guides de lumière, un élément de vision (21a) et des éléments de projection de lumière (22a, 23a) pour la vision latérale étant prévus sensible- ment à la même position longitudinale du guide d'image et des guides de lumière. 2. Fibroscope selon la revendication 1, caractérisé en ce que le guide d'image et les guides de lumière sont constitués d'un faisceau de fibres optiques qui comprennent une âme en silice synthétique pure et un revêtement en silice synthétique pure dopée avec des fluorures et/ou des composés du bore. 3. Fibroscope selon la revendication 2, caractérisé en ce que les fibres optiques comprennent une couche support du côté extérieur du revêtement, ces couches supports étant soudées les unes aux autres par fusion. 4. Fibroscope selon la revendication 2, caractérisé en ce que les revêtements des fibres optiques sont soudés les uns aux autres par fusion. 5. Fibroscope, caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité d'unités de fibroscope (31, 32, 33) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, ces unités étant placées en parallèle dans la même direction d'alignement que le guide d'image et les guides de lumière, l'élément de vision (21a) ou l'élément de projection de lumière (22a ou 23a) de chaque unité de fibroscope étant situés à des positions longitudinales différentes pour chaque unité. 6. Fibrosocope, caractérisé en ce qu'il comprend une unité principale de fibroscope (31), selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, et une unité auxiliai- re de fibroscope (40) comprenant un guide d'image (41) et deux guides de lumière (42, 43) qui sont placés en.parallèle dans l'objectif de façon à ce que le guide d'image se trouve entre les guides de lumière, un élément de vision du guide d'image et un élément de projection de lumière des guides de lumière pour la vision latérale étant prévus sensiblement à la même position longitudinale du guide d'image et des guides de lumière, la direction du champ de vision du guide d'image (41) et la direction des plages de projection de lumière des guides de lumière (42, 43) étant radiales, mais non perpendiculaires à la direction d'alignement et le champ de vision étant contenu dans les plages de projection de lumière, l'unité principale de fibroscope (31) et l'unité auxiliaire de fibroscope (40) étant placées côte-à-c8te de façon à ce que l'unité principale ne soit pas ensiblement contenue dans le champ de vision de l'unité auxiliaire. 7. Fibroscope selon la revendication 6, caractérisé en ce que une unité auxiliaire de fibroscope est placée de part et d'autre de l'unité principale de fibroscope. 8. Fibroscope selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'une pluralité d'unités principales de fribros- cope (31, 32, 33) sont placées côte-à-c8te, l'élément de vision ou les éléments de projection de lumière de chaque unité principale de fibroscope étant situés à différentes positions longitudinales des unités princi- pales de fibroscope. 9. Fibroscope caractérisé en ce qu'il comprend une ou plusieurs unités de fibroscope selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, un appareil (51) de réception d'image r1lié à un oculaire (28) du guide d'image, une source de lumière (52) reliée à une extrémité des guides de lumière sur le côté de l'oculaire du guide d'image, et un manipulateur pour déplacer l'objectif de l'unité de fibroscope dans trois directions (X, Y, Z).