Brevet FR2613068A1 — publié le 19880930

L'invention concerne des ensembles de détection à fibre optique destinés au contrôle et/ou à la mesure de températures ou de pressions réparties sur un trajet pré- déterminé. La demande de brevet britannique n 86.09 733 décrit un ensemble de détection à fibre optique qui comporte un interféromètre optique ayant des trajets optiques de mesure et de référence qui sont parallèles, le trajet de mesure comprenant une fibre optique disposée suivant le trajet le long duquel la température ou la pression répartie doit être mesurée, un dispositif générateur de lumière à ondes entretenues, créant une lumière cohérente continue qui se propage dans un sens le long des trajets de mesure et de référence de l'interféromètre, un générateur d'impulsions de lumière qui crée des impulsions qui se propagent le long du trajet de mesure uniquement, en'sens opposé à celui dans lequel la lumière à ondes entretenues se propage afin qu'elles créent des variations transitoires de la constante de propagation (ou du coefficient de changement de phase) de la fibre optique en des points de la longueur de celle- ci en fonction de la température ou de la pression en ces points, et un dispositif de détection du signal résultant de sortie de l'interféromètre qui varie au cours du temps en fonction de la température ou de la pression en des points répartis le long du trajet de la fibre optique de mesure. La présente invention concerne un ensemble optique de détection de type analogue de façon générale à celui de la demande précitée de brevet, mais qui présente une plus grande stabilité et qui est équilibré automatiquement et a de meilleures caractéristiques potentielles de bruit rela- tif à la phase. L'invention concerne un ensemble de détection à fibre optique destiné à contrôler et/ou mesurer des tempé- ratures ou des pressions réparties sur un trajet prédéter- miné, dans lequel le trajet prédéterminé est constitué par une fibre optique qui délimite une boucle de détection, dans lequel un dispositif est destiné à appliquer de la lumière à ondes entretenues à la boucle de détection afin que la lumière se propage simultanément en sens opposes autour de la boucle, avec un signal lumineux résultant de la boucle qui est détecté par un dispositif de détection, et dans lequel un dispositif générateur d'impulsions est destiné à créer des impulsions de lumière qui se propagent dans un sens uniquement autour de la boucle de détection et, pendant cette opération, provoquent des variations transitoires de la constante de propagation (ou du coeffi- cient de changement de phase) le long de la fibre optique formant la boucle, suivant la température ou la pression répartie autour de la boucle, et dans lequel le dispositif détecteur détecte les chdngements de phase de la 11lièrc: à ondes entretenues reçue à partir de la boucle de détection, du fait des variations de température ou de pression autour de la boucle. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est un schéma d'un ensemble de détection à fibre optique selon l'invention; et la figure 2 est un graphique représentant les chan- gements de phase de la lumière détectée par le détecteur dans des conditions de température ou de pression stables et variables respectivement, autour de la boucle de détec- tion. On se réfère à la figure 1 des dessins; l'ensemble de détection optique représenté comporte un interféromètre de Sagnac comportant une boucle 1 de détection à fibre optique à laquelle est appliquée de la lumière à ondes entretenues provenant d'une source lumineuse convenable 2 (par exemple un laser, une diode photoémissive ou une lampe à incandescence) par l'intermédiaire d'un coupleur direc- tionnel 3 à fibre optique. Le coupleur directionnel 3 permet la propagation de composantes analogues de la lumière à ondes entretenues en sens opposés simultanément autour de la boucle 1 de détection, une certaine proportion de la lumière revenant vers le coupleur directionnel 3 étant transmise à un détecteur 4 dans lequel des interfé- rences cohérentes entre les composantes lumineuses sont détectées sous forme d'une amplitude détectée de signaux qui dépend elle-même de la phase relative de chacune des composantes des ondes entretenues reçues par le détecteur 4. En l'absence de toute perturbation physique autour de la boucle 1 de détection, due par exemple aux variations de températures ou de pressions en des points de sa lon- gueur, les longueurs des trajets des composantes analogues se propageant autour de la boucle en sens opposés sont en fait les mêmes et en conséquence il n'existe aucune varia- tion de phase relative des composantes, c'est-à-dire que les composantes sont en phase. L'ensemble de détection selon la présente invention comporte cependant une source laser pulsée 5 destinée à créer une ou plusieurs courtes impulsions lumineuses intenses qui sont transmises dans la boucle 1 de détection par un coupleur directionnel 6 à fibre optique. Cette impulsion ou ces impulsions intenses se propagent le long de la boucle 1 de détection dans le sens contraire des aiguilles d'une montre sur la figure 1, et perturbent l'équilibre de la boucle de détection et provoquent ainsi des variations de la constante de propaga- tion (ou du coefficient de phase) de la fibre de la boucle de détection en des points de sa longueur en fonction de la température ou de la pression en ces points. Un déséqui- libre variant au cours du temps apparaît donc dans la boucle de détection et le déséquilibre dépend à la fois de l'intensité de l'impulsion ou des impulsions et de la température de la fibre optique ou de la pression appliquée à celle-ci dans la région de la boucle dans laquelle la composante de propagation dans le sens des aiguilles d'une montre de la lumière à ondes entretenues a circulé lors- qu'elle a rencontré l'impulsion lumineuse se propageant dans le sens contraire des aiguilles d'une montre. Après perturbation de l'équilibre de la boucle de détection, provoquant des changements de la constante de propagation de cette boucle (ou de son coefficient de phase), l'impul- sion ou les impulsions intenses, selon le cas, peuvent être supprimées par un filtre 7 avant d'atteindre le détecteur 4. Cependant, la longueur d'onde de l'impulsion lumineuse peut se trouver aussi en dehors de la plage de réponse du détecteur 4 et dans ce cas le filtre 7 peut être supprimé. Par exemple, un laser travaillant à 1,3 Wu, destiné à créer les impulsions, peut être utilisé en coopération avec un détecteur au silicium. Lorsqu'une température répartie doit être mesurée, l'effet Kerr optique peut être utilisé selon lequel l'im- pulsion lumineuse qui se propage modifie l'indice de ré- fraction du centre de la fibre de la boucle en fonction de la température. Sur la figure 2 sur laquelle l'axe horizontal des temps correspond à l'état stable de repos et sur laquelle les ordonnées désignent le changement de phase à détecter, la référence 10 indique le moment o l'impulsion pénètre dans la boucle 1 au point C. La référence 12 désigne le retard de propagation de la lumière entre les points C et A. La référence 14 désigne le retard de propagation de l'impulsion entre les points C et A par l'intermédiaire du point D. La référence 16 désigne le temps de propagation bidirectionnelle de C à B par l'intermédiaire de D. Enfin, la référence 18 désigne la durée de l'impulsion. Sur la figure 2, on note ainsi des exemples de changement de phase apparaissant dans les composantes lumineuses qui interfè- rent au niveau du détecteur dans les conditions stabilisées de la boucle et lorsque des variations de température apparaissent le long de la boucle, ce dernier cas étant indiqué par les traits interrompus. On note que les varia- tions du changement de phase qui peuvent être mesurées dans le détecteur pour la détermination de la répartition de la température le long de la boucle de détection, sont indi- quées par les références M1 et M2. Les fibres optiques et les coupleurs directionnels utilisés peuvent être du type conservant la polarisation (ou polarisants) afin que les effets de polarisation dus au changement des états relatifs de polarisation des compo- santes lumineuses à ondes entretenues se propageant dans la boucle de détection soient empêchés. L'interféromètre à boucle de Sagnac peut être pola- risé par introduction dans la boucle 1 d'un dispositif 8 de polarisation afin que la réponse maximale de l'ensemble à l'impulsion ou aux impulsions intenses injectées dans la boucle 1 de détection soit obtenue. Cette polarisation qui peut être réalisée selon l'un quelconque des procédés cou- ramment utilisés dans les arrangemnts de traitement des ensembles gyroscopiques, perturbe la relation normale en phase de la composante de la lumière à ondes entretenues se propageant en sens inverse au niveau du détecteur 4, et provoque un déphasage ou décalage relatif entre les compo- santes. L'ensemble de détection représenté sur la figure 1 des dessins peut être perfectionné par réalisation d'une meilleure réciprocité des trajets, par exemple par utilisa- tion de la configuration du gyroscope à fibre minimale, utilisée dans un gyroscope à trajet réciproque. REVENDICATIONS 1. Ensemble de détection à fibre optique destiné au moins au contrôle ou à la mesure de températures ou de pressions réparties sur un trajet prédéterminé, caractérisé en ce que le trajet prédéterminé est formé par une fibre optique (1) délimitant une boucle de détection, en ce qu'un dispositif (2) est destiné à appliquer de la lumière à ondes entretenues à la boucle de détection afin que la lumière se propage simultanément en sens opposés le long de la boucle et donne un signal lumineux résultant de sortie qui est détecté par un détecteur (4), en ce qu'un disposi- tif (5) générateur d'impulsions est destiné à créer de courtes impulsions lumineuses qui se propagent dans un sens uniquement aucour de la bLucli de détection et prc-;tLent ainsi des variations transitoires de la constante de propa- gation (coefficient de changement de phase) le long de la fibre optique formant la boucle en fonction de la tempéra- ture ou de la pression répartie autour de la boucle, et en ce que le dispositif détecteur (4) détecte les changements de phase de la lumière à ondes entretenues reçue à partir de la boucle de détection à la suite des variations de températures ou de pressions le long de la boucle. 2. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que la lumière à ondes entretenues est transmise à la boucle de détection (1) et le signal lumineux de sortie de la boucle de détection parvient au dispositif détecteur (4) par l'intermédiaire d'un coupleur optique bidirectionnel (3) . 3. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que les impulsions lumineuses créées par le dispositif (5) générateur d'impulsions sont transmises à la boucle de détection par un coupleur optique directionnel (6). 4. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que les courtes impulsions créées par le dispositif (5) générateur d'impulsions sont retirées par filtrage avant d'atteindre le dispositif détecteur (4). 5. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que la longueur d'onde des courtes impulsions créées par le dispositif (5) générateur d'impulsions se trouve en dehors de la plage de longueurs d'ondes de réponse du dispositif détecteur (4). 6. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une fibre optique conservant la polarisation est utilisée comme fibre optique. 7. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que la boucle de détection comporte un dispositif de polarisation (8) afin que les impulsions donnent une ré- ponse maximale.