Brevet FR2560991A1 — publié le 19850913

La présente invention se rapporte aux capteurs pour capter et mesurer divers paramètres tels que température, pression, etc.. Dans ces dispositifs, l'élément capteur, auquel le paramètre à capter et mesurer est appliqué, est un interféromètre de Fabry et Pérot à fibre optique. Un tel interféromètre est constitué par une longueur d'une fibre optique ayant des extrémités optiquement planes, semi-argentées, qui assurent ainsi le rôle de miroirs de l'interféromètre. L'influence du paramètre capté qui peut être exercée de différentes manières, par exemple par des moyens magnétostrictifs, piézoélectriques, par des effets thermiques, acoustiques, modifie la longueur de la fibre. Une telle détection repose sur la mesure des changements que les signaux transmis présentent en fonction des changements de longueur de l'interféromètre de Fabry et Pérot. Un tel interféromètre de Fabry et Pérot peut utiliser des fibres optiques relativement longues, par exemple 40 cm, ou plus longues, par exemple 100 cm. La présente invention a pour but de réaliser un dispositif capteur à fibre optique du type mentionné ci-dessus. Le dispositif de capteur à fibre optique selon l'invention comporte un étalon de Fabry et Pérot à fibre optique, la fibre optique utilisée étant unimodale et pouvant admettre au moins deux modes de radiation transversaux dont les longueurs de trajet sont distinctes, chaque mode produisant sa propre séquence de pics dans la courbe caractéristique de transmission du capteur, les pics de ces deux séquences étant d'amplitudes différentes, de sorte que la fonction de transmission est asymétrique, le paramètre capté étant appliqué à l'étalon de manière à modifier la longueur de trajet de la fibre, modifiant ainsi le nombre des pics produits au sein de chacune desdites séquences de pics, et des moyens d'interprétation associés au capteur observant le nombre de pics produits dans chaque séquence, pour déterminer la valeur et le signe du paramètre observé au moyen du capteur. La fonction de transmission d'un interféromètre de Fabry et Pérot "tout fibre" unimodal consiste en une série de pics identiques et également espacés. La variation de la longueur de la fibre, lorsque celle-ci est utilisée dans un capteur, provoque des fluctuations de l'intensité lumineuse vue par un détecteur à une extrémité de la fibre. Cette lumière vient de l'autre extrémité de l'interféromètre, par exemple d'un laser commandé de la manière indiquée dans la demande de brevet britannique No. 8401143 au nom de R.E. Jones et al. Comme la fonction de transmission de la fibre-capteur est symétrique, aucune information ne peut être obtenue pour ce qui est du signe de la perturbation que la fibre subit sous l'influence du paramètre observé. Dans le dispositif selon l'invention, la fibre utilisée peut admettre plus d'un mode transversal de la radiation utilisée. Ainsi, une fibre unimodale opérant avec une longueur d'onde de source de 1,3 micromètre admet quatre modes transversaux lorsqu'elle est éclairée par une source de 0,633 microns. Trois de ces derniers modes sont dégénérés en longueur de trajet, de sorte qu'il y a deux modes à longueurs de trajet distinctes au sein de la fibre. L'énergie dans chacun de ces modes distincts dépend de la condition- d'interfaçage entre fibre et source de lumière (habituellement un laser). Par conséquent, deux séries de pics apparaissent dans les fonction de transmission, et ces pics ne coincident pas. En général, les pics dans les deux séries sont d'amplitudes différentes, le résultat étant que la fonction de transmission devient asymétrique. Avec un tel dispositif, le signe de la perturbation de la fibre, due au paramètre capté, est détecté en observant l'ordre et l'espacement des pics dans le circuit de transmission, cela en utilisant un circuit discriminateur alimenté par le détecteur de l'interféromètre. Les intensités de ces pics sont enregistrées en utilisant un photodétecteur ainsi que des circuits logiques pouvant être relativement simples, pour déterminer le nombre des pics et leur ordre d'apparition au détecteur. La fibre étant le siège de deux modes, le mode 1 est représenté dans ces circuits par un "1" logique, et le mode 2 par un "0" logique. Un interféromètre du type considéré est réalisé en appliquant aux extrémités optiquement planes d'une fibre optique une matière réfléchissante, de façon que la fibre devienne un étalon de Fabry et Pérot. Lorsqu'un tel étalon est utilisé en tant que capteur, la lumière incidente entre dans la fibre par une extrémité et sort finalement de celle-ci à l'autre extrémité, sa fonction de transmission étant influencée par le paramètre à capter. Ainsi que déja indiqué, la fonction de transmission d'un tel système consiste en une série de pics de transmission fins. Dans une fibre siège de deux modes transversaux, il y a deux séries de tels pics de transmission. Des variations de longueur optique de la fibre, ou de longueur d'onde de la source de lumière, provoquent des variations de l'intensité transmise par la fibre. Une telle fibre peut être utilisée comme capteur par le fait que des changements de température ou de pression modifient fondamentalement la longueur du trajet optique le long de la fibre. Les techniques de détection impliquent le comptage d'impulsions des deux séries de pics après que des circuits de discrimination les aient séparées, afin de déterminer le nombre de pics. Cela donne une indication de l'amplitude du paramètre capté et, comme les amplitudes des pics diffèrent, cela donne aussi une indication du signe de ce paramètre, ce signe étant indiqué par les positions relatives des pics des deux séries. La source de lumière utilisée est de préférence constituée par un laser semiconducteur émettant de la lumière à une longueur d'onde de 0,85 micromètre ou de 1,3 micromètre. REVENDICATIONS: 1. Dispositif capteur à fibre optique, comportant un étalon de Fabry et Pérot à fibre optique, caractérisé en ce que la fibre optique utilisée est unimodale et peut admettre au moins deux modes de radiation transversaux dont les longueurs de trajet sont distinctes, chaque mode produisant sa propre séquence de pics dans la courbe caractéristique de transmission du capteur, les pics de ces deux séquences étant d'amplitudes différentes, de sorte que la fonction de transmission est asymétrique, en ce que le paramètre capté est appliqué à l'étalon de manière à modifier la longueur de trajet de la fibre, modifiant ainsi le nombre des pics produits au sein de chacune desdites séquences de pics, et en ce que des moyens d'interprétation associés au capteur observent le nombre de pics produits au titre de chaque séquence, pour déterminer la valeur et le signe du paramètre observé au moyen ducapteur. 2.Dispoàitif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source de lumière appliquée à l'étalon est un laser semiconducteur émettant de la lumière à une longueur d'onde de 0,85 micromètre ou de 1,3 micromètre.