Brevet FR2555325A1 — publié le 19850524

- 1 - CABLE OPTIQUE, PYROMETRE COMPORTANT UN TEL CABLE ET PROCEDE DE FABRICATION DU CABLE La présente invention se rapporte à un cable optique du type comportant plu- sieurs faisceaux distincts de fibres optiques. L'invention concerne plus parti- culièrement, mais pas exclusivement, un câble optique utilisé dans un pyromè- tre à rayonnement. Elle concerne en outre un procédé de fabrication du câ- ble optique mentionné plus haut. Dans la pyrométrie à rayonnement, ainsi que dans d'autres applications dans un milieu à haute température, il peut être souhaitable d'installer un détecteur de rayonnement assez loin de la source ou de l'objet à contrôler et d'utiliser un câble optique pour transmettre le rayonnement jusqu'au détecteur. Ce mode de faire peut aussi présenter des avantages dans un environnement normal s'il y a des restrictions d'accès, puisqu'on peut simplement installer le câble optique dans des emplacements qui sont inaccessibles par la suite ou dans les- quels l'espace est limité. En général, il est prévu un système optique convergent ou un autre dispositif pour focaliser sur l'extrémité du câble le rayonnement de la source. Là o il est nécessaire de distinguer les rayonnements provenant de différentes par- ties de la source, on peut utiliser un faisceau cohérent de fibres optiques. Ainsi, puisque les deux extrémités de chaque fibre du faisceau se trouvent dans des positions identiques, une image focalisée sur une extrémité du câble est reproduite identique à l'autre extrémité. Les faisceaux cohérents de fibres sont toutefois difficiles à fabriquer et sont beaucoup plus coûteux que les fais- ceaux non cohérents. En variante, le câble optique peut comporter plusieurs faisceaux séparés non cohérents, dont les extrémités respectives sont séparées les unes des autres sur une rangée à une extrémité du câble et dont les autres extrémités peuvent être amenées à des détecteurs séparés. Alors que ce dis- positif est moins coûteux que le précédent, il a pour inconvénient d'être moins efficace, car seule une petite proportion du rayonnement reçu par le système optique convergent se transmet le long du câble. Par conséquent, la présente invention a pour but de fournir un câble optique, ainsi qu'un procédé de fabrication d'un tel câble, permettant de remédier aux inconvénients mentionnés ci-dessus. -2 - Selon un premier aspect, la présente invention concerne un câble optique du type mentionne en préambule, caractérisé en ce que les faisceaux sont assem- blés à une première extrémité du câble de manière à former une face d'ex- trémité plane et de forme circulaire, en ce que les premières extrémités res- pectives de deux des faisceaux présentent une section sensiblement en forme de segment de cercle et sont disposées de part et d'autre du centre de la face d'extrémité, en ce que l'autre ou les autres faisceaux sont placés entre les deux premiers au centre de cette face d'extrémité, et en ce que le câble est équipé de moyens de focalisation pour focaliser sur la première extrémité des faisceaux un rayonnement provenant de différentes zones respectives. Ainsi, la forme circulaire du câble permet une utilisation maximale du rayon- nement focalisé sur sa face d'extrémité. L'autre faisceau peut être de section circulaire, et les deux premiers faisceaux peuvent présenter chacun une section sensiblement en forme de C. Selon une autre variante, l'autre faisceau peut s'étendre sur toute la largeur de la face de la première extrémité du câble. De préférence, les extrémités des faisceaux sont assemblées dans un gabarit commun. Les moyens de focalisation du rayon- nement peuvent englober un système optique convergent. Selon un autre aspect, la présente invention concerne un pyromètre à rayon- nement, comprenant un câble optique comportant plusieurs faisceaux distincts de fibres optiques dont chacun reçoit, à une extrémité, un rayonnement opti- que, et plusieurs détecteurs de rayonnement couplés optiquement avec l'autre extrémité des faisceaux, ce pyromètre étant caractérisé en ce que les fais- ceaux sont assemblés à une première extrémité du câble optique de manière à former une face d'extrémité plane et de forme circulaire, en ce que les premières extrémités respectives de deux des faisceaux présentent une section sensiblement en forme de segment de cercle et sont disposées de part et d'au- tre du centre de la face d'extrémité, en ce que l'autre ou les autres faisceaux sont placés entre les deux premiers au centre de cette face d'extrémité, et en ce que le câble optique est équipé de moyens de focalisation pour focali- ser sur la première extrémité des faisceaux un rayonnement provenant de différentes zones. -3 - Le pyromètre à rayonnement peut être utilisé pour la détection de la tempé- rature des aubes d'un moteur à turbine à gaz, les premières extrémités des faisceaux du câble optique étant orientées de manière que les faisceaux reçoi- vent du rayonnement de zones respectives distinctes, réparties le long des aubes. Selon un autre aspect de la présente invention, celle-ci fournit un procédé de fabrication d'un câble optique, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à préparer trois faisceaux distincts de fibres optiques, à enfiler une première extrémité de chaque faisceau à travers une bague et dans des ouvertures respectives d'un gabarit, ce gabarit comportant une ouverture cen- trale qui reçoit un premier faisceau et deux ouvertures qui s'étendent respec- tivement le long de deux côtés opposés de la première ouverture et qui re- çoivent respectivement les deux autres faisceaux, et à fixer les fibres en position par un collage. On peut coller au gabarit des fibres des faisceaux. Selon une autre variante, on peut enlever le gabarit avant de fixer les fibres en position par collage. La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la description, donnée ci-dessous à titre d'exemple, d'un système de pyromètre à rayonnement com- prenant un câble optique, tous deux selon la présente invention, et de leur utilisation dans un moteur à turbine à gaz, en référence au dessin annexé, dans lequel La figure I représente schématiquement le système de pyromètre, La figure 2 est une vue éclatée en perspective d'une extrémité du câble op- tique,à une échelle agrandie, Les figures 3A à 3D illustrent un procédé de fabrication du câble, et La figure 4 représente une autre forme de réalisation de l'extrémité d'un câ- ble selon l'invention. En référence aux fig. I et 2, le système de pyromètre est installé dans un -4- moteur à turbine à gaz et il comprend un câble optique 1, sur l'extrémité avant 2 duquel est focalisé un rayonnement provenant d'une aube 3 de la turbine. A son extrémité arrière 4, le câble 1 est divisé en trois faisceaux séparés 11, 12 et 13 qui sont raccordés à des détecteurs respectifs de rayonnement 14, 15 et 16. Chacun des faisceaux 11 à 13 délivre au détecteur qui lui est asso- cié un rayonnement provenant d'une zone distincte de l'aube de turbine 3. A l'extrémité avant 2 du câble 1, les extrémités de chacun des faisceaux 11 à 13 passent toutes à travers une bague cylindrique 20 qui est placée derrière un gabarit de positionnement 21. Le gabarit 21 est divisé en trois passages longitudinaux séparés 22, 23 et 24, chaque faisceau passant dans un passage respectif et se terminant à l'extrémité avant du gabarit pour former une face d'extrémité 25 plane et polie. Le passage 23 est de forme cylindrique et il est situé au centre du gabarit. Les deux autres passages 22 et 24 sont dispo- sés sur des côtés opposés du passage central 23 et présentent une section sen- siblement en forme de segment de cercle, ou plus précisément en forme de C, chacun d'eux s'étendant le long de la moitié de la circonférence du pas- sage central 23. Ainsi, la face d'extrémité 25 du câble 1 est divisée en trois zones: une zone centrale circulaire 28 et deux zones 27 et 29 en forme de C s'étendant respectivement autour des moitiés opposées de la zone centrale. Le rayonnement issu de l'aube de turbine 3 est focalisé sur la face d'extré- mité 25 du câble I par un système optique convergent 30. Il faut remarquer qu'on peut aussi utiliser à cet effet un miroir ou une petite ouverture. L'image du rayonnement formée sur l'extrémité des différents faisceaux 11 à 13 est donc représentative du rayonnement provenant de trois zones différentes de l'aube, indiquées respectivement par A, B et C sur la fig. 1. Les trois faisceaux de fibres Il à 13 s'étendent sur toute la longueur du câ- ble I jusqu'à son extrémité arrière 4. Les faisceaux 11 à 13 peuvent être con- tenus sur toute leur longueur par une gaine externe 40 qui est scellée aux deux extrémités du câble. A l'extrémité arrière 4 du câble, les faisceaux 11 à 13 émergent d'une bague arrière 6 dans laquelle ils sont collés, et ils s'étendent jusqu'à des détecteurs respectifs de rayonnement 14, 15 et 16. Les détecteurs 14 à 16 délivrent, sur des conducteurs respectifs 17 à 19, des signaux électri- ques en fonction des rayonnements reçus. -5 - L'extrémité avant 2 du câble I est orientée de telle manière que les trois zones A, B et C, d'o provient le rayonnement qu'elle reçoit, soient réparties dans la direction longitudinale des aubes 3. De cette manière, en identifiant de ma- nière convenable les signaux de sortie des détecteurs 14, 15 et 16, on peut obtenir une indication du profil des températures le long des aubes. La dispo- sition compacte de l'extrémité avant des faisceaux de fibres garantit qu'une grande partie du rayonnement focalisé dans le plan image du système optique est transmise le long du câble 1. La fabrication du câble optique décrit ci-dessus est illustrée par les fig. 3A à 3D. Tout d'abord, on enfile le premier faisceau 12 à travers la bague 20 et dans le passage central 24 du gabarit 21, jusqu'à ce qu'il émerge un peu de l'extrémité avant du gabarit, comme le montre la fig. 3B. Ensuite, on en- file également les faisceaux de fibres Il et 13 à travers la bague 20 et dans les passages respectifs 22 et 24, jusqu'à ce qu'ils émergent un peu de l'extré- mité avant du gabarit 21, comme le montre la fig. 3C. On fixe alors les fi- bres dans le gabarit 21 au moyen d'un adhésif ou d'un collage à chaud. Après fixation des fibres, on coupe les extrémités qui dépassent et on effectue un polissage pour former la surface d'extrémité plane du câble. Si les fibres sont bien serrées dans la bague 20, on peut enlever le gabarit 21 immédiatement après le positionnement correct des faisceaux. On colle alors les fibres à la bague 20 plutôt qu'au gabarit 21 et on les coupe près du bout de cette bague. On peut également utiliser un gabarit supplémentaire, présentant une forme semblable à celle du gabarit 21 et situé derrière la bague 20, pour garantir que les faisceaux de fibres soient parallèles dans cette bague. Le procédé peut être utilisé pour fabriquer des câbles optiques présentant une configuration différente des faisceaux de fibres à leurs extrémités. A cet é- gard, on peut prévoir un gabarit 41 dont l'ouverture centrale 40 s'étend sur toute la largeur du gabarit, comme le montre la fig. 4, tandis que les deux autres ouvertures 42 et 43 comportent des bords rectilignes adjacents aux cô- tés opposés du passage central. -6 - Revendications 1. Câble optique comportant plusieurs faisceaux distincts de fibres optiques, caractérisé en ce que les faisceaux (11, 12, 13) sont assemblés à une première extrémité (2) du câble (1) de manière à former une face d'extrémité (25) plane et de forme circulaire, en ce que les premières extrgnités respectives de deux des faisceaux (11, 13) présentent une section sensiblement en forme de segment de cercle et sont disposées de part et d'autre du centre de la face d'extré- mité, en ce que l'autre ou les autres faisceaux (12) sont placés entre les deux premiers au centre de cette face d'extrémité, et en ce que le câble est équipé de moyens de focalisation (30) pour focaliser sur la première extrémité des faisceaux (11, 12, 13) un rayonnement provenant de différentes zones respec- tives (A, B, C). 2. Câble optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'autre fais- ceau (12) est de section circulaire, et en ce que les deux premiers faisceaux (11, 13) présentent chacun une section sensiblement en forme de C. 3. Câble optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'autre fais- ceau (12) s'étend sur toute la largeur de la face de la première extrémité du câble. 4. Câble optique selon l'une quelconque des revendications précédentes, carac- térisé en ce que les extrémités des faisceaux sont assemblées dans un gabarit commun (21; 41). 5. Câble optique selon l'une quelconque des revendications précédentes, carac- térisé en ce que les moyens de focalisation du rayonnement comprennent un système optique convergent (30). 6. Pyromètre à rayonnement, comprenant un câble optique comportant plu- sieurs faisceaux distincts de fibres optiques, dont chacun reçoit à une extré- mitr un rayonnement optique, et plusieurs détecteurs de rayonnement cou- plés optiquement avec l'autre extrémité du faisceau, caractérisé en ce que les faisceaux (11, 12, 13) sont assemblés à une première extrémité (2) du câ- ble optique de manière à former une face d'extrémité (25) plane et de forme -7 - circulaire, en ce que les premières extrémités respectives de deux des fais- ceaux (11, 13) présentent une section sensiblement en forme de segment de cercle et sont disposées de part et d'autre du centre de la face d'extrémité, en ce que l'autre ou les autres faisceaux (12) sont placés entre les deux pre- miers au centre de cette face d'extrémité, et en ce que le câble optique est équipé de moyens de focalisation (30) pour focaliser sur la première extré- mité des faisceaux (11, 12, 13) un rayonnement provenant de différentes zo- nes (A, B, C). 7. Pyromètre à rayonnement selon la revendication 6, destiné à la détection de la température des aubes d'un moteur à turbine à gaz, caractérisé en ce que les premières extrémités des faisceaux (11, 12, 13) du câble optique (1) sont orientées de manière que les faisceaux reçoivent du rayonnement de zo- nes respectives distinctes (C, B, A) réparties le long des aubes (3) 8. Procédé de fabrication d'un câble optique, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à préparer trois faisceaux distincts (11, 12, 13) de fibres optiques, à enfiler une première extrémité de chaque faisceau à travers une bague (20) et dans des ouvertures respectives (22, 23, 24; 42, 40, 43) d'un ga- barit (21; 41), ce gabarit comportant une ouverture centrale (23; 40) qui re- çoit un premier faisceau (12) et deux ouvertures (22, 24; 42, 43) qui s'étendent respectivement le long de deux côtés opposés de la première ouverture et qui reçoivent respectivement les deux autres faisceaux (11, 13), et à fixer les fi- bres en position par un collage. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'on colle au gaba- rit (21; 41) des fibres des faisceaux (11, 12, 13). 10. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'on enlève le ga- barit avant de fixer les fibres en position par collage.