Brevet FR2599516A1 — publié le 19871204

Dis epoitif de mesure de champ_é lectrostatligePar _une_ méthode _pt- ig_L'objet de la présente invention est un dispositif de mesure de champ électrostatique par une méthode entièrement optique. Les procédés actuellement connus consistent en effet à déterminer le seuil d'apparition de décharges électriques entre un couple d'électrodes plongées dans une atmosphère neutre telle qu'un gaz rare. Ils ne sont pas satisfaisants car ils impliquent 10 une mise en oeuvre compliquée (création d'une enceinte de confinement du gaz) et obligent à introduire une charge résistive supplémentaire qui perturbe les lignes de champ caractéristiques du phénomène à étudier. L'invention se propose donc d'établir La cartographie 15 de champs électrostatiques au moyen d'un dispositif qui n'inclut aucun corps conducteur à proximité des points de mesure. A cet effet, elle comprend- une sonde disposée à l'endroit o on veut mesurer le champ électrostatique, comportant un feuil de polymère centrosymétrique, un laser d'excitation de 20 grande puissance émettant une lumière monochromatique de pulsation uw, et un système de fibres optiques conduisant la lumière dans les deux sens entre le laser et la sonde d'une part, de la sonde à une chaîne d'observation de la lumière éventuellement réfléchie de pulsation 2 W dont l'existence 25 signifie la présence d'un champ électrostatique au voisinage de la sonde et dont l'intensité est caractéristique de l'amplitude de ce champ, d'autre part. Cette invention sera mieux comprise d'après la description qui va suivre, donnée à titre illustratif et 30 nullement limitatif, et qui se rapporte à la figure unique qui représente un schéma de L'installation. Elle comprend un laser I de type YAG qui émet un faisceau monochromatique de pulsation W, par impulsions d'une fréquence de l'ordre du kilohertz. La puissance surfacique émise est avantageusement d'environ un mégawatt par centimètre carré. L'onde est transmise par une fibre optique 2 de quartz vers une sonde de champ électrostatique 3. La longueur de cette fibre optique 2 est conditionnée par la nécessité de ne pas perturber 5 le champ par les corps conducteurs de l'appareil. L'atténuation des fibres optiques, inférieure à un dixième de décibel pour une Longueur de dix mètres, ne pose en principe pas de contrainte. La sonde 3 est munie d'un feuil de polymère 4 tel qu'un polydiacétylène de forme bleue de chaîne caractéristique 10 R-C-C=C-C-R o R est un groupement moLéculaire qui dépend du polydiacetylène. En raison de leur nature centrosymétrique, ces corps soumis à une onde lumineuse ne peuvent pas émettre d'harmoniques deux de cette onde, mais uniquement des rayonnements de 15 pulsation uw, 3 uj,... Les conditions sont différentes quand le polymère est plongé dans un champ électrique: les travaux des auteurs de l'invention, résumés dans "Electric field induced optical second harmonic generation and polarization effects in polydiacetylene films" (Polydiacetylenes, édité par D. Bloor et 20 R.R. Chance, NATO ASI Series, Series E: applied sciences n0102), montrent qu'une émission d'onde d'harmonique deux est alors possible. Son intensité est proportionnelle au carré du champ électrique local et à la puissance quatre du champ laser, elle 25 est en outre très sensible aux paramètres de l'expérience et aux caractéristiques du feuil de polymère. Les travaux menés par les inventeurs établissent que l'épaisseur du feuil est idéalement égale à un multiple impair de la longueur de cohérence A/w4(n - n) o n et n sont les indices du f a o 2 w 2uc feuil aux ondes de pulsation 2 wu et w et de préférence égale à La longueur de cohérence o l'absorption est la plus faible; dans le cas du polydiacétylène de forme bleue, ils ont montré l'intérêt de la longueur -A l1,i.Am o il n'apparaît aucune polarisation en champ continu, et plus précisément de la longueur 35 1,3,u.m environ o le signal utile est maximal et o l'absorption par Le feuiL Lui-même ou par le matériau des fibres optiques est faibLe. Les inventeurs ont également montré l'intérêt d'obtenir ces polymères par évaporation de solvant. Une onde comprenant une composante de pulsation 2 uJde grande intensité est alors, selon ce mode particulier de réalisation de L'invention, réfléchie par Le miroir 5 disposé dans la sonde 3 dans la même fibre optique 2 qui assure La circulation de l'onde incidente. ELLe est transmise au moyen 10 d'une lame séparatrice 6 à une chaîne de mesure constituée typiquement d'un filtre 7 Schott K63 qui élimine la composante parasite de pLsation.u, d'un monochromateur 8 MTO DA 621C qui isole la composante utile de pulsation 2 w, d'un photomultiplicateur 9 et d'un détecteur photosensible 10 15 synchronisé avec le laser 1. Ce dispositif permet donc, après sélection et étalonnage du feuiL de polydiacétylène sélectionné, apte à fournir un harmonique deux suivant un phénomène de résonance optique, une mesure précise et fiable des champs électriques. Le 20 capteur peut être de très petites dimensions, l'épaisseur du feuil de polymère étant de l'ordre de quelques microns; des mesures fines sont donc possibles. Une utilisation importante de l'invention pourra être la mesure de champs électrostatiques au voisinage de câbles 25 coaxiaux de haute tension. 25995j6 REVENDICATIONS 1. Dispositif de mesure d'un champ électrostatique par voie optique, caractérisé en ce qu'il comprend: - une sonde (3) disposée à L'endroit o L'on veut mesurer Le 5 champ électrostatique, comportant un feuiL de polymère (4) centrosymétrique, - un laser (1) d'excitation de grande puissance émettant une lumière monochromatique de pulsation, - un système de fibres optiques (2) conduisant La lumière dans 10 les deux sens entre le Laser (1) et La sonde (3), d'une part, de La sonde-(3) à une chaîne d'observation (7,-8, 9, 10) de La Lumière éventuellement réfléchie de pulsation 2 w dont l'existence signifie La présence d'un champ électrostatique au voisinage de La sonde (3) et dont l'intensité est 15 caractéristique de l'amplitude de ce champ, d'autre part. 2. Dispositif de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que le feuit de polymère (4) centrosymétrique est produit par évaporation de solvant. 3. Dispositif de mesure selon L'une quelconque des 20 revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'épaisseur du feuil de polymère (4) centrosymétrique est égale à La Longueur de cohérence du système. 4. Dispositif de mesure selon L'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le polymère 25 centrosymétrique est un polydiacétylène de forme bleue. 5. Dispositif de mesure selon la revendication 4, caractérisé en ce que la Longueur d'onde du laser (1) est supérieure à 1,1,4m pour éviter une polarisation du polymère, 6. Dispositif de mesure selon la revendication 4, 30 caractérisé en ce que la Longueur d'onde-du laser (1) est de l'ordre de 1,3v.um pour obtenir le- signal à la pulsation 2 Otout en évitant une absorption trop importante par le feuil (4) ou par les fibres optiques (2).