Brevet FR2558952A1 — publié le 19850802

L'invention a pour objet un capteur transmetteur de mesures utilisant l'interaction d'une ou de plusieurs ondes évanescentes optiques avec un milieu sensible aux paramètres à mesurer et son procédé d'utilisation,. lesdits paramètres à mesurer pouvant être : une pression, une température... Actuellement, il existe des capteurs non interferométriques qui utilisent les variations de réflexibn, de transmission ou de polarisation de la lumière à l'extrémité d'une fibre optique. Ces capteurs ne permettent pas l'adaptation de la dynamique à chaque situation. Le capteur selon l'invention utilise l'interaction d'une onde évanescente optique avec un milieu sensible aux paramètres à mesurer. L'onde évanescente est celle qui, associée à l'onde optique, se propage dans la fibre optique monomode ou multimode qui fait office de capteur et de transmetteur (ou de sonde et de porteur d'informations. A cet effet, le capteur selon l'invention comporte une fibre optique monomode dont une partie de la gaine a été éliminée à un endroit précis situé au niveau du milieu sensible, pour permettre à l'onde évanescente, qui se propage dans ledit milieu sensible, d'être influencée par différents paramètres qui déterminent les propriétés optiques de ce milieu. Ladite fibre optique se termine par un miroir qui renvoie l'onde incidente vers l'émetteur, passant ainsi une fois de plus par la région sensible. L'onde de retour est récupérée par une photodiode combinée avec des moyens de traitement des informations qui permettent la détermination du ou des paramètres à mesurer. Les dessins ci-joints, donnés à titre d'exemple indicatif et non limitatif, permettront aisément de comprendre l'invention. Ils représentent un mode de réalisation préféré selon l'invention ; la fibre optique, dans cette version préférée, est une fibre optique monomode. La figure 1 est un schéma mettant en évidence la répartition d'énergie lumineuse transversale dans une fibre optique classique. La figure 2 est un schéma mettant en évidence la répartition d'énergie lumineuse transversale dans une fibre optique modifiée par exemple , dans le cas où une partie de la gaine a été éliminée. La figure 3 est une vue schématique du capteur transmetteur de mesure selon l'invention utilisant une fibre optique. Le capteur selon l'invention utilise l'interaction d'une onde évanescente optique avec un milieu sensible aux paramètres que l'on cherche à mesurer. L'onde évanescente est celle associée à l'onde optique se propageant dans une fibre optique préalablement préparée, comme cela est décrit cidessous. Cette onde optique fait office en combinaison de sonde (ou capteur) et de porteur d'informations (ou transmetteur). Le capteur transmetteur selon l'invention est composé de trois éléments dont les fonctions sont les suivantes - l'élément 14 qui permet le traitement des informations 10 envoyées et reçues. - l'élément 15 qui permet la transmission des informations, il s'agit de la ou des fibres optiques 5. - le capteur 6 qui fait office de sonde par la fibre optique 5 dont une partie de la gaine 3 est dénudée au niveau du milieu sensible 11 aux paramètres que l'on cherche à mesurer. La figure 1 montre la répartition d'énergie lumineuse transversale dans une fibre optique classique 2. On note que, bien que la plupart de l'énergie soit concentrée dans la région de plus haut indice de réfraction NA, appelée coeur 1 de la fibre 2, une partie non négligeable de l'énergie (région noircie) se trouve dans la région de plus faible indice de réfraction NB, appelée gaine 3. Cette deuxième partie de l'onde s'appelle "onde évanescente" : c'est elle qui interagit avec le milieu qui entoure le coeur 1. Dans la figure 2, on examine le cas où l'on a éliminé (par exemple par polissage) une partie de la gaine 3 pour permettre au milieu extérieur 11 d'indice de réfraction NC, d'entrer en contact avec le coeur 1 ; dans ce cas, l'onde évanescente se propage dans le milieu NC, le pénétrant plus ou moins selon la valeur relative des indices NA et NC. La propagation de l'onde se trouve donc influencée par l'état du milieu NC , et donc sensible aux paramètres qui déterminent les propriétés optiques de ce milieu. La figure 3 met en évidence comment une fibre 5, modifiée en éliminant une partie de la gaine 3, peut servir comme élément de base d'un capteur 6. Un émetteur 7, tel qu'une diode émettrice, excite la fibre optique 5. Un moyen faisant office de coupleur 16, pointe le rayon sur le coeur 1 de la fibre optique 5, qui transmet sa lumière jusqu'à la région où le coeur 1 de la fibre 5 se trouve en contact avec le milieu 11 dont les propriétés optiques sont sensibles aux-paramètres que l'on cherche à mesurer (typiquement des liquides ou cristaux liquides), c'est-à-dire au niveau où la fibre optique 5 a été dénudée de sa gaine 3. La fibre optique 5 se termine par un miroir 8 qui renvoie l'onde incidente vers l'émetteur 7 passant ainsi une fois de plus par la région sensible.Cette onde de retour est récupérée sur une photodiode 9 associée avec une électronique de traitement 10 qui permet la détermination du paramètre que l'on cherche à mesurer. La fibre optique 5 se termine au niveau du connecteur 13. Ce connecteur 13, qui fait office de capteur ou de sonde 6, comprend par exemple dans un tube 17, le milieu sensible 11, le fluide de mesure 4 qui atteint le niveau de fluide 12. A l'extrémité de la fibre optique 5 est disposé le miroir 8 qui renvoie l'onde incidente vers l'émetteur 7 telle qu'une diode émettrice. La fibre optique modifiée 5, en contact avec des milieus 11, permet son fonctionnement comme un capteur de déplacement, de pression et de température 6. L'utilisation de la fibre 5 dans cette configuration permet la réalisation de capteurs sensibles 6, miniaturisés, très maniables et bon marché. Le fait qu'a part l'électronique de traitement 10 placée à une extrémité, le dispositif est entièrement optique, rend ledit dispositif particulièrement insensible aux parasites électriques, ce qui est particulièrement intéressant pour des capteurs de toutes sortes. REVENDICATIONS 1 - Procédé d'utilisation de l'interaction d'une onde évanescente optique avec un milieu sensible (11) aux paramètres à mesurer caractérisé par le fait que l'on utilise une fibre optique (5) monomode ou multimode dont une extrémité est excitée par un moyen faisant office d'émetteur (7) et dont l'autre extrémité comporte un moyen faisant office de miroir (8), ladite fibre optique (5) est dénudée de sa gaine (3) au niveau du milieu sensible (11) aux paramètres à mesurer, l'onde de retour est récupérée et analysée. 2- Capteur/transmetteur de mesure pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1 caractérisé par le fait qu'il est composé d'une fibre optique (5) monomode ou multimode dont une extrémité est excitée par un moyen faisant office d'émetteur (7) et dont l'autre extrémité comporte un miroir (8), ladite fibre optique (5) est dénudée de sa gaine (3) au niveau du milieu sensible (11) aux parampètres à mesurer, un moyen de récupération (9) récupère l'onde de retour et des moyens de traitement analysent les informations aux paramètres à mesurer. 3 - Capteur/transmetteur de mesure pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 , caractérisé par le fait que le moyen faisant office d'émetteur (7) peut être une diode émettrice (7). 4 - Capteur/transmetteur de mesure pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé par le fait qu'un moyen faisant office de coupleur (16) peut être disposé entre l'émetteur (7) et l'extrémité du coeur (1) de la fibre optique (5). 5 - Capteur/transmetteur de mesure pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3 ou 4, caractérisé par le fait que la fibre optique (5) peut comporter, au niveau de la partie dont la gaine (3) est dénudée, un connecteur (13) qui fait office de capteur ou de sonde composé d'un tube (17), qui contient le milieu sensible (11) aux paramètres à mesurer, et le fluide de mesure (4) qui atteint le niveau de fluide (12). 6 - Capteur/transmetteur de mesure pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1, 3, 4 ou 5, caractérisé par le fait que la fibre optique (5) est, dans une version préférée de l'invention, une fibre monomode. 7 - Capteur/transmetteur de mesure pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4, 5 ou 6, caractérisé par le fait que l'onde de retour renvoyée par le miroir (8) est récupérée par une photodiode (9) combinée avec des moyens de traitement des informations (10). 8 - Capteur/transmetteur de mesure pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6 ou 7, caractérisé par le fait que la fibre optique (5) peut être dénudée partiellement de sa gaine (3) par polissage.