Brevet FR2581203A1 — publié le 19861031

FIBRE DE TRANSMISSION D'IMAGE. Cette invention se rapporte à une fibre optique de transmission d'image pour l'utilisation d'un dis- positif de contrôle à distance d'analyse spectroscopique d'émission, d'analyse spectroscopique en fluorescence d'analyse spectroscopique d'absorption. La figure 1 représente schématiquement un disposi- tif d'analyse spectroscopique d'émission. Un générateur de plasma (10) comprend des électrodes positives (12) et une électrode négative (13), et un échantillon (14) est introduit au niveau de la flamme du plasma (16) pro- duite par les électrodes positives et négative (12) et (13), de telle sorte que l'échantillon (14) est chauffé et excité de façon à provoquer l'émission, celle-ci étant désignée par la référence (18) comme on peut mieux le voir dans la figure 2. Une fibre de transmission d'i- mage (20) s'étend dans le logement (22) du générateur de plasma (10) et présente un condensateur (24) fixé à l'une de ses extrémités dans le logement (22), la fibre de transmission d'image (20) comprenant une pluralité d'éléments de fibres. La dite extrémité de la fibre de transmission (20) est fixée relativement à un dispositif (26) pour l'ajustement précis de l'axe optique de la fi- bre (20). La fibre de transmission d'image (20) passe à travers un trou en spirale (28a) ménagé dans un bloc (28) situé dans une cloison (30) de béton. Tout d'abord, une lentille occulaire (32) est fixée à l'autre extrémi- té de la fibre de transmission d'image (20), écartée du condensateur (24), et le condensateur (24) est amené dans l'alignement de la portion d'émission (18) au moyen du dispositif d'ajustement de l'axe optique (26). Puis, la lentille occulaire (32) est déplacée depuis l'autre extrémité de la fibre de transmission d'image -2- (20), cette extrémité est connectée à un logement (24) d'un dispositif d'analyse spectroscopique (36), de telle sorte que l'image de la portion d'émission (18) soit transmise par l'intermédiaire de la fibre de transmission (20) et d'une fente (34a) ménagée dans le logement (34). Comme on peut mieux le voir dans la figure 2, la portion d'émission (18), comprise dans le plasma (12), est en forme de Y inversé. La fibre de transmission d'image (20) sert de sys- tème sensible pour l'image, de façon à visualiser la por- tion d'émission (18) et transmettre cette image. Aussi, la fibre de transmission d'image (20) sert à transmettre la puissance lumineuse de la portion d'émission (18). Du fait que la fibre de transmission d'image (20) assure la fonction d'un système sensible aux images, il doit avoir une très haute résolution. Afin d'assurer cette fonction, on augmente avantageusement le nombre d'éléments constituant la fibre de transmission d'image (20), lesquels éléments servent de transmission de l'image de la portion d'émission (18). Quoiqu'il en soit, il n'est pas souhaitable que la fibre de trans- mission d'image (20) présente un diamètre trop grand,car ceci affecte la flexibilité de la fibre (20). De plus, lorsque l'on désire augmenter le nombre d'élé- ments, tout en limitant le diamètre de la fibre de transmission d'image (20), chacun des éléments doit avoir un petit diamètre, chacun de ces dits é lé m e n ts étant composé d'une âme et d'un g aine autour de cette âme. Ainsi, la quantité d'é- nergie perdue dans la gaine devient plus importan- te. Généralement, l'âme de chacun des éléments d'une fibre de transmission d'image est réalisée en si- lice pure alors que la g a i n e est réalisé en silice -3- dopée au fluor. La lonqueur d'onde mesurée en analyse spectroscopique se situe entre l'ultra-violet et la lu- mière visible. La g ai n e en silice dopée au fluor présente une plus grande perte, c'est-à-dire des carac- téristiques initiales pauvres particulièrement aux fai- bles longueurs d'ondes, c'est-à-dire vers 0,24 à 0,34 micronmètre. Ainsi, lorsque l'énergie se dissipe dans la g a i n e, la perte de transmission de la puissance lumineuse devient considérablement élevée. De plus, la g a i n e de silice dopée au fluor présente de très pauvres caractéristiques de résistance au rayonnement en comparaison avec la silice pure. Ainsi, lorsque la fibre de transmission d'image du type décrit est utilisée dans un environnement dans lequel elle est su- jette à la radioactivité, la perte en transmission de- vient encore plus importante. La quantité des fuites en énergie dans la gaine dépend largement du diamètre de l'âme de l'élé- m e n t. Plus spécifiquement, plus le diamètre de l'âme devient important, plus la quantité de fuites en énergie diminue, réhaussant ainsi les caractéristiques de 1 'é 1 é m e n t. Ainsi, une solution simple consiste à augmenter le diamètre de l'âme des éléments, le- Mais cette solution est désavantageuse du fait que lors- que l'on augmente le diamètre des éléments diamètre total de la fibre de transmission d'image de- vient également plus grand. La fibre de transmission d'image d'un tel diamètre est moins flexible et par con- séquent, ne peut être repliée suivant un faible rayon, donc ne peut être manipulée facilement. De façon à maintenir les pertes en transmission de la gaine de l'élément à un niveau acceptable, il est nécessaire que l'âme de l'élément ait un 2 5 8 1203 - 4 - diamètre d'environ 50 micronmètres. Mais, il est peu pratique d'utiliser des fibres de transmission d'image composées d'éléments ayant une âme d'un tel diamètre Comme il l'a été décrit précédemment, la fonction de transmission d'image et la fonction de transmission de la puissance lumineuse d'un élément sont in- compatibles et si l'on désire augmenter l'une d'elles, c'est au détriment de l'autre. C'est l'objet de l'invention de fournir des fibres de transmission d'image du type permettant une transmis- sion efficace de la puissance lumineuse sans affecter les capacités de transmission de l'image. En accord avec la présente invention, on propose une fibre de transmission d'image pour transmettre une image d'un objet d'une extrémité à une autre et qui com- prend au moins un premier élément pour trans- mettre la puissance lumineuse, et une pluralité de seconds éléments placés autour et s'étendant le long dudit premier élément, les dits seconds éléments coopérant les uns avec les autres pour transmettre l'image dudit objet, et le dit premier élément étant d'un diamètre plus important que chacun des dits seconds éléments. La figure 1 est une vue schématique d'un dispositif d'analyse spectroscopique d'émission. La figure 2 est une vue agrandie d'une portion d'émission dans un dispositif générateur de plasma. La figure 3 est une vue en coupe d'une fibre de transmission d'image en accord avec la présente inven- tion. 258 1203 La figure 4 est une vue d'un plasma visualisé par l'intermédiaire d'une fibre de transmission d'image. La figure 5 est un diagramme représentant la rela- tion entre la transmission et la longueur d'onde. La figure 6 est un diagramme représentant la rela- tion entre les pertes en transmission et la dose. Une fibre de transmission d'image (50) comprend un élément (52) servant comme partie de trans- mission de la puissance lumineuse, une pluralité d'élé- ments (54) servant de parties de transmission de l'image (54a) et disposées autour de l'élément de transmission de la puissance lumineuse (52) et s'étendant le long de ce dernier, une enveloppe (56) de quartz entourant la partie de transmission d'image (54a), et une couverture (58) de résine synthétique disposée autour de ladite enveloppe (56), l'élément de transmission de la puissance lumineuse (52) étant disposé au centre de la fibre de transmission d'i- mage (50). L'élément de transmission de puissance lumineuse (52) est d'un diamètre plus grand que chacun des éléments de transmission d'image (54). L'élément de transmission de la puissance lumineuse (52) est composé d'une âme (52a) réalisée en silice pure et d'une gaine (52b) positionnée autour de l'âme (52a). La gaine (52b) est réalisée en silice dopée au fluor, de silice dopée au bore ou de silice do- pée à la fois au fluor et au bore. L'âme (52a) présente un diamètre de 600 micronmètres alors que la gaine (52b) a un diamètre de 800 micronmètres. Le pouvoir de résolution est de 0,21. Z581203 - 6 - Le nombre d'éléments ( 54) de la partie de transmission d'image (54a) est de 6000. Chacun de ces éléments ( 54) est également composé d'une âme et d'une gaine autour de cette âme, l'âme étant réa- lisée en silice pure et présentant un diamètre de dix micronmètres.L'enveloppe (56) présente un diamètre ex- terne de 2,0 mm. L'âme (52a) de l'élément de transmission de puissance lumineuse (52) a un diamètre au minimum égal à 50 micronmètres, de façon à maintenir les fuites d'énergie dans la gaine: (52b), c'est-à-dire les pertes en transmission à un niveau acceptable. Le procédé de préparation de la fibre de transmis- sion d'image (50) va être maintenant décrit. Une baguette mère, présentant un diamètre externe de quinze millimètres et composée d'une portion d'âme en silice pure et d'une portion de gaine de silice dopée au fluor autour de la portion d'âme, subit une élonga- tion jusqu'à un diamètre de dix millimètres à une tempé- rature d'environ 2200 C dans un four, de façon à four- nir ainsi une première fibre optique intermédiaire. Le rapport entre la portion d'âme et la portion - de gai- - ne est d'environ 1,2, la variation de l'indice de ré- fraction étant de 1,2 % (An = 1,2 %). Cette fibre opti- que intermédiaire a été préparée pour fournir l'élément de tr an s m is s i b n de puissance lumineuse (52). De même, une autre baguette mère présentant un dia- mètre externe de quinze millimètres et composé d'une portion d'âme de silice pure et d'une portion de gaine de silice dopée au fluor autour de la dite portion d'âme, est amenée à un diamètre de 300 micronmètres de -7 - façon à former une seconde fibre optique intermédiaire, le rapport de la portion d'âme sur la portion de gai- ne étant de 1,4 (4n = 1,1 %). La seconde fibre optique intermédiaire a été préparée pour fournir les éléments det r a n s m i ss i on d'image (54). Un tuyau de quartz ayant un diamètre interne de vingt et un millimètreset un diamètre externe de vingt- quatre millimètres a été préparé pour former l'envelop- pe (56). Ainsi, la première fibre optique intermédiaire de plus grand diamètre est insérée dans le tuyau de quartz et fixée de façon à le positionner coaxialement avec le tuyau de quartz, utilisant pour cela un gabarit. Alors, une certaine quantité dedites secondes fibres op- tiques intermédiaires de diamètre inférieur sont insé- rées dans un espace annulaire formé entre la surface pé- riphérique externe de la première fibre optique intermé- diaire et la surface périphérique interne du tuyau de quartz de façon à réaliser les fibres optiques préfor- mées, les secondes fibres optiques intermédiaires s'éten dant le long des axes de la première fibre optique in- termédiaire et du tuyau de quartz. Alors la fibre pré- formée est formée dans un four à la vitesse de trente millimètres/minute jusqu'à former un fil étiré, puis est amenée à une température élevée à la vitesse de quatre mètres/minutes de façon à réaliser une fibre de trans- mission d'image (50). Ainsi, les premières et secondes fibres optiques intermédiaires sont converties respecti- vement en éléments de transmission de puissan- ce lumineuse (52) et en éléments de transmis- sion d'image (54). De même, le tuyau en quartz est con- verti en une envelbppe (56). Une résine de protection contre les ultra-violets est alors appliquée sur l'enve- loppe (56) par une méthode d'application linéaire de façon à réaliser la couverture (58) pour former la fibre -8- de transmission d'image (50). Le diamètre de la fibre de transmission d'image (50) avant la mise en place de la couverture (58) est de 1,9 mm et le diamètre de la fibre de transmission d'image (50) avec la couverture (58) est de 2,4 mm. L'utilisation de la fibre de transmission d'image (50) va maintenant être décrite. Dans un dispositif de commande à distance,d'un système d'analyse spectroscopi- que similaire à celui représenté à la figure 1, une ima- ge d'un échantillon à analyser est transmise par l'in termédiaire des éléments de transmission d'image (54) de la fibre de transmission d'image (50). En d'autres termes, l'élément est visualisé par l'inter- médiaire des éléments de transmission (54), la vue obtenue par la fibre de transmission d'image (50) étant représentée dans la figure 4 dans laquelle la ré- férence (16) désigne un plasma d'une portion d'émission (18). L'élément de transmission d'image ( 54) servant de dispositif sensible de l'image est similaire en construction au dispositif conventionnel, donc du point de vue sensibilité. L'élément de trans- mission de puissance lumineuse (52) servant à transmet- tre la puissance de la lumière de la portion d'émission (18), est d'un diamètre suffisamment important de telle sorte que l'énergie fuit difficilement dans la g-ainD e, minimisant ainsi les pertes en transmission. Du fait que les âmes des éléments (52, 54) sont réalisées en silice pure, qui présente de bonnes résistances aux radiations, la fibre de transmission d'image (50) peut être tout à fait appropriée pour un dispositif de contrôle à distance d'analyse spectroscopique en émission d'une substance radioactive. Exemple 1: La fibre de transmission d'image en accord avec la présente invention, qui est du même type de construction que la fibre de transmission d'image (50) de la figure 3 est préparée en accord avec le procédé décrit précédemment. Dans un but de comparaison, on a préparé une fibre de transmission d'image dite comparative, du type con- ventionnel qui diffère de la fibre de transmission d'image (50) de la figure 3 par le fait que l'élément de d e tr ans mi s s ion de puissance lumineuse (52) de grand diamètre est omis et que les éléments de transmission d'image (54) remplissent complètement l'es- pace délimité par l'enveloppe (56). La fibre de tranmis- sion d'image de la présente invention et la fibre de transmission d 'image comparative sont testées pour dé- terminer leur transmission respective. Les résultats ob- tenus sont représentés dans la figure 5. Comme on peut le voir, la fibre de transmission d'image de la présente invention présente une meilleure transmission que la fi- bre de transmission d'image conventionnelle. La fibre de transmission d'image de la présente invention et la fibre de transmission d'image comparati- ve ont aussi été testées pour déterminer leurs pertes en transmission dans un environnement radioactif. Les ré- sultats obtenus sont représentés dans la figure 6. Com- me on peut le voir, la fibre de transmission d'image de la présente invention est sujette à des pertes de trans- mission inférieures à celles de la fibre en transmission d'image comparative. La transmission précédente et les pertes en trans- mission dans un environnement radioactif de la fibre en transmission d'image de la présente invention sont pra- tiquement aussi bonnes que dans le cas d'une fibre op- 258 1 203 - 10 - tique simple présentant pratiquement le même diamètre que celui de la fibre de transmission d'image de la présente invention. Exemple 2: Une analyse spectroscopique en émission d'un échan- tillon a été entreprise, utilisant un svstème similaire à celui représenté à la figure l,c'est-à-dire une fibre en transmission d'image en accord avec la présente inven- tion et une fibre en transmission d'image comparative, les deux étant réalisées en accord avec le procédé décrit dans l'exemple 1. Les résultats de cette analyse sont représentés dans la table suivante. TABLE Eléments longueur sensibilité sensibilité de détection dans 1 'échand'onde de de détection après les doses de tillon mesure ("m) 1000 RAD (ppm) _ Inv. Com. Inv. Com. B 0.24 0.5 2 1.5 non détectable Si 0.28 0.1 0.5 1.2 non détectable Fe 0.3 0.2 1 0.5 2 Ni 0.34 0.2 1 0.4 2 "Inv." correspond à la fibre de transmission d'ima- ge en accord avec la présente invention et "Com." cor- respond à la fibre de transmission d'image comparative. Comme on peut le voir dans la table, les sensibi- lités de détection des fibresde transmission d'image en - 11 - accord avec la présente invention sont meilleures que celles avec la fibre de transmission drimage comparati- ve. Comme il est décrit précédemment, la fibre de transmission d'image en accord avec la présente inven- tion peut également servir de transmission de l'image et de transmission de la puissance lumineuse de façon tout à fait satisfaisante. Alors que la fibre de transmission d'image a été spécifiquement et particulièrement détaillée précédem- ment, l'invention elle-même ne doit pas se restreindre à la seule représentation des dessins ou de la descrip- tion. Par exemple, bien que dans la forme de réalisation illustrée, si la fibre de transmission d'image (50) pré- sente un seul élément de transmission de puis- sance lumineuse (52) de grand diamètre, elle peut en avoir plus d'un. De même, l'élément de trans- mission de puissance lumineuse (52) est de section cir- culaire, mais il peut tout aussi bien avoir une section polygonale ou voir ovale. De plus, bien que lrélément de t r a ns m is s i o n de puissance lumineuse (52) est disposé au centre de la fibre de transmission d'image (50), il peut être excentré par rapport à l'axe longitu- dinal de la fibre de transmission d'image (50). - 12 - REVENDICATIONS 1/ Fibre pour la transmission de l'image d'un objet d'un endroit à un autre, caractérisée en ce qu'elle comprend: - au moins un premier élément (52) pour la transmission de la puissance lumineuse; - et une pluralité de seconds éléments (54), dis- posés autour du premier élément (52), les dits seconds éléments (54) coopérant les uns avec les autres pour la transmission de l'image de l'objet, le dit premier éléments (52) ayant un diamètre plus grand que ceux des dits seconds éléments (54). 2/ Fibre de transmission d'image selon la revendica- tion 1, caractérisée en ce que le dit premier élément (52) est composé d'une âme (52a) et d'une gaine (52b) entourant la dite âme, l'âme (52a) du dit premier élé- ment (52) n'étant pas inférieure à cinquante micron- mètres. 3/ Fibre pour la transmission d'image selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'âme (52a) du dit premier élément (52) est réalisée en silice pure, et que le matériau constituant la gaine (52b) du dit premier élément (52) est choisi dans le groupe constitué par la silice dopée au fluor, la silice dopée au bore, la silice dopée à la fois au fluor et au bore. 4/ Fibre pour la transmission d'image selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dit pre- mier élément (52) est disposé au centre de la dite fibre de transmission d'image (50) - 13 - / Fibre de transmission d'image selon la revendi- cation 1, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre une enveloppe de quartz enveloppant les dits éléments at une couverture de résine synthétique entourant la dite enveloppe.