Brevet FR2631445A1 — publié le 19891117

Dispositif pour la mesure de température à l'aide d'un élément détecteur ". L'invention concerne un dispositif pour la mesure de température à l'aide d'un élément détecteur à base d'une substance photoluminescente, qui est rac- cordé par un système de guides d'ondes optiques à un dispositif pour la production d'un rayonnement d'exci- tation et pour la détection et l'évaluation du rayon- nement reçu. Avec un dispositif du type décrit ci-dessus, on mesure la durée d'extinction de fluorescence du rayonnement de la substance photoluminescente. La du- rée d'extinction de la fluorescence dépend en ce cas de la température respective. Pour le transfert de l'énergie lumineuse, on utilise généralement des fi- bres de verre de quartz ou des fibres de matière plas- tique, qui ont de très bonnes propriétés de transmis- sion. Le quartz a un coefficient de dilatation thermi- que relativement faible. Les éléments détecteurs ap- propriés pour des températures plus élevées, à base d'une substance telle que Cr: YAG (grenat d'yttrium et aluminium) par exemple, présentent par contre des coefficients de dilatation thermique plus élevés. Une connexion optique transparente doit être établie entre l'élément détecteur respectif et le sys- tème de fibres optiques. Cette conr.nexion optique transparente est soumise approximativement aux mêmes températures que l'élément détecteur a-; moyen duquel les températures sont mesurées. Si l'or. ne désire ef- fectuer des mesures avec l'élément détecteur que dans une plage de températures relativement basses, on peut utiliser un adhésif optique à base crganique, par exemple une résine époxy, pour le raccordement de l'élément détecteur et du guide de lumière. Une con- nexion de ce type ne convient toutefois pas pour des températures d'utilisation continue supérieures à C. Le but de l'invention est de perfectionner un dispositif du type décrit au début, de manière que des températures relativement élevées n'entraînent pas une détérioration de la connexion entre l'élément dé- tecteur et un guide de lumière raccordé à celui-ci. Le but est atteint selon l'invention, par le fait que l'élément détecteur est fixé par soudure de verre à une extrémité d'au moins un premier guide d'ondes optique, par le fait que la soudure de verre et le premier guide d'ondes optique présentent des coefficients de dilatation thermique qui sont au moins égaux au coefficient de dilatation de l'élément détec- teur et par le fait que l'autre extrémité du premier guide d'ondes optique est raccordée, dans une zone de basse température, à un second guide d'ondes optique, par exemple un guide d'ondes optique classique à base de verre de quartz, verre, matière plastique ou simi- laire. Dans ce dispositif, on utilise en tant que moyen de transmission intermédiaire un premier guide d'ondes optique qui n'est pas constitué de verre de quartz, afin de réaliser une connexion avec l'élément détecteur qui soit stable à haute température. Ce moyen de transmission intermédiaire a en général de moins bonnes caractéristiques de transmission optique d'énergie lumineuse que le verre de quartz. Le guide d'onde optique de transmission intermédiaire est net- tement plus court que le second guide d'ondes optique, car il n'est utilisé que dans la zone à haute tempéra- ture. Les moins bonnes caractéristiques de transmis- sion optique du guide d'ondes optique de transmission intermédiaire ne se font donc pas sentir à un degré très important. De préférence, le premier guide d'ondes op- tique raccordé à l'élément détecteur est constitué d'un verre à composants multiples. Ce verre à compo- sants multiples, dont la composition est choisie du point de vue d'un coefficient de dilatation thermique approprié, peut avoir approximativement le même coef- ficient de dilatation thermique que l'élément détec- teur et que la soudure de verre, constituée par exem- ple du même type de verre. La connexion décrit plus haut entre l'élément détecteur et.le premier guide d'ondes optique à base du verre à composants multi- ples, résiste d'emblée à des températures de plus de 400 C. Il faut mentionner en outre un autre aspect particulièrement remarquable. La soudure de verre ne réalise pas nécessairement seulement la connexion en- tre le guide d'ondes optique et l'élément détecteur. Si l'on utilise une soudure de verre dont l'indice de réfraction est inférieur à celui de l'élément détec- teur et non seulement on place cette soudure de verre au point de raccordement, mais en outre on revêt l'en- semble de l'élément détecteur d'une mince couche de cette soudure de verre (par exemple par immersion), le cristal détecteur devient également un guide d'ondes optique protégé. Les salissures qui se déposent à la surface du verre ne provoquent alors plus d'affaiblis- sement du signal. Il est toutefois nécessaire que l'épaisseur de couche du revêtement en soudure de ver- re soit d'au moins quelques pm. Il est avantageux que le premier guide d'on- des optique raccordé à l'élément détecteur et/ou le second guide d'ondes optiques raccordé au dispositif pour la production d'un rayonnement d'excitation et pour la détection et l'évaluation du rayonnement, soit/soient un guide d'ondes optique flexible. Il est également possible que le premier guide d'ondes optique raccordé à l'élément détecteur et/ou le second guide d'ondes optique raccordé au dis- positif pour la production d'un rayonnement d'excita- tion et pour la détection et l'évaluation du rayonne- ment reçu, soit/soient un faisceau de fibres optiques. De préférence, les guides d'ondes optiques ou les fibres optiques sont raccordés au moyen de fi- ches d'un connecteur à fiches. Ce type de raccordement est approprié, afin de pouvoir maintenir sous forme d'unité autonome l'élément détecteur avec la fibre op- tique à base de verre à composants multiples fixée à celui-ci. Cette unité peut être raccordée à des guides d'ondes optiques classiques, tels que des fibres opti- ques à base de verre de quartz de longueur variable. Il en résulte une souplesse d'utilisation. Les guides d'ondes optiques peuvent aussi être avantageusement raccordés l'un à l'autre au moyen de raccords par collage. Un tel raccordement peut être obtenu de façon particulièrement économique. Les sections transversales des matériaux doivent en ce cas être adaptées lès unes aux autres en les points de raccordement. Pour des raisons de fabri- cation, il peut alors être judicieux de raccorder les guides d'ondes optiques non pas avec un élément détec- teur cylindrique de même diamètre, mais avec un élé- ment détecteur ayant une section transversale carrée. Cela signifie une adaptation des sections transversa- les du type dans lequel la longueur des arêtes de la section transversale carrée est égale au diamètre du guide d'ondes optique. Il peut en outre être judic:eux d'utiliser des guides d'ondes optiques à ouverture numérique lé- gèrement différente et à diamètre de coeur légèrement différent. Compte tenu de pertes supplémentaires, on parvient ainsi à un raccord plus stable, qui est par conséquent moins susceptible de perturbations. D'autres améliorations de l'invention sont caractérisées en ce que l'élément détecteur est revêtu d'une soudure de verre dont l'indice de réfraction est inférieur à celui de l'élément détecteur; la section transversale du guide d'ondes optique est adaptée à celle de l'élément détecteur; le second guide d'ondes optique a un faible amortissement de signal. La présente invention est exposée plus en détail à l'aide de l'exemple descriptif et non limita- tif ci-après et du dessin ci-annexé. Sur le dessin, la figure représente un élé- ment détecteur 10, à base d'une substance photolumi- nescente, comme par exemple'Cr: YAG, qui est adja- cent, par une face plane 12 à une face plane terminale d'un premier guide d'ondes optique 14 qui est consti- tué d'un verre à composants multiples. Sur les bords de la face terminale, le premier guide d'ondes optique 14 est fixé solidement par une soudure de verre 16 à l'élément détecteur 10. Le matériau du guide d'ondes optique 14 et de la soudure de verre 16 est choisi ne telle manière que les coefficients de dilatation ther- mique soient égaux ou approximativement égaux au coef- ficient de dilatation thermique de l'élément détecteur 10. L'élément détecteur 10 et la majeure partie du guide d'ondes optique 14 se trouvent dans un espace 18 dans lequel règne une température élevée qui doit être mesurée à l'aide de l'élément détecteur 10. A l'extérieur de l'espace 18, la seconde face terminale du guide d'ondes optique 14 est raccor- dée à une fiche 20 d'un connecteur à fiches pour gui- des d'ondes optiques. L'autre fiche 22 du connecteur à fiches est raccordée à une extrémité d'un second guide d'ondes optique classique 24, dont l'autre extrémité est raccordée à un dispositif 25 pour la production d'un rayonnement d'excitation ainsi que pour la détec- tion et l'évaluation du rayonnement de l'élément dé- tecteur 10 renvoyé par le premier guide d'ondes opti- que 14 et le second guide 16. A l'aide du dispositif 26, on mesure la du- rée d'extinction de fluorescence du rayonnement de la substance photoluminescente de l'élément détecteur 10. La durée de l'extinction de la fluorescence dépend de façon connue de la température régnant dans l'espace 18. La connexion solide réalisée par la soudure de verre 16 entre l'élément détecteur;0 et le premier guide d'ondes optique 14 résiste à des températures élevées, par exemple de plus de 400 C. Le dispositif représenté sur la figure convient par conséquent à la mesure de hautes températures. L'élément détecteur 10 et le premier guide d'ondes optique 14 forment, con- jointement avec la fiche 20, une unité susceptible d'être manipulée en soi, qui peut, selon les condi- tions locales et la distance entre l'espace 18 et le dispositif 26, être raccordée à des guides d'ondes op- tiques 24 de longueur variable. Au lieu d'une connexion démontable entre le premier guide d'ondes optique et le second, le premier guide d'ondes optique peut être raccordé au second guide de lumière au moyen d'un raccord par collage, économique. Au lieu de simples guides d'ondes optiques, on peut également utiliser des faisceaux de fibres op- tiques. Les fiches 20, 22 et les raccords par colla- ge conviennent pour des températures allant jusqu'à C environ, c'est-àdire que les connexions peuvent être disposées à l'extérieur de l'espace 18, mais en- core au voisinage de celui-ci, afin de maintenir aussi faible que possible la longueur du premier guide d'on- des optique 14 ou la longueur du faisceau de fibres optiques. Le premier guide d'ondes optique 14 est uti- lisé en tant qu'élément de transmission intermédiaire entre l'élément détecteur 10 et le second guide d'on- des optique 24. Le premier guide d'ondes optique 14 a certes de moins-bonnes caractéristiques de transmis- sion optique que le second guide de lumière 24, mais les moins bonnes caractéristiques optiques du premier guide d'ondes optique 14, en raison de sa moindre lon- gueur ne se font pas sentir de façon particulièrement désavantageuse. Il faut encore mentionner que l'élément dé- tecteur 10 peut naturellement être muni d'une protec- tion mécanique, telle que gaine, tube protecteur, ca- puchon, qui peuvent être constitués de matériaux ap- propriés quelconques, résistant à hautes températures. REVENDICATIONS 1 ) Dispositif pour la mesure de température à l'aide d'un élément détecteur à base d'une substance photoluminescente, qui est raccordé par un système de guides d'ondes optiques à un dispositif pour la pro- duction d'un rayonnement d'excitation et pour la dé- tection et l'évaluation du rayonnement reçu, caracté- risé en ce que l'élément détecteur (10) est fixé par une soudure de verre (16) à une extrémité d'au moins un premier guide d'ondes optique (14), en ce que la soudure de verre (16) et le premier guide d'ondes op- tique (14) présentent des coefficients de dilatation thermique qui sont au moins égaux au coefficient de dilatation thermique de l'élément détecteur (10), et en ce que l'autre extrémité du premier guide d'ondes optique (14) est raccordée, dans une zone de basse température, à un second guide d'ondes optique (24). ) Dispositif selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce que le premier guide d'ondes optique (14) raccordé à l'élément détecteur (10) est constitué d'un guide d'ondes optique en verre à composants mul- tiples. ) Dispositif selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce que le premier guide d'ondes optique (14) raccordé à l'élément détecteur (10) et/ou le se- cond guide d'ondes optique (24) raccordé au dispositif (26) pour la production d'un rayonnement d'excitation et pour la détection et l'évaluation du rayonnement reçu est/sont un guide d'ondes optique flexible. 40) Dispositif selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce que le guide d'ondes optique (14) rac- cordé à l'élément détecteur (10) et/ou le second guide d'ondes optique (24) raccordé au dispositif (26) pour la production d'un rayonnement d'excitation et pour la détection et l'évaluation du rayonnement reçu, est/sont un faisceau de fibres optiques. ) Dispositif selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce que les guides d'ondes optiques (14, 24) ou fibres optiques sont raccordés l'un à l'autre au moyen de fiches (20, 22) d'un connecteur à fiches. 6 ) Dispositif selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce que les guides d'ondes optiques (12, 14) ou fibres optiques sont raccordés l'un à l'autre par des raccords par collage. 7 ) Dispositif selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce que l'élément détecteur (10) est revé- tu d'une soudure de verre dont l'indice de réfraction est inférieur à celui de l'élément détecteur. ) Dispositif selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce que la section transversale du guide d'ondes optique (14) est adaptée à celle de l'élément détecteur (10). ) Dispositif selon la revendication 8, ca- ractérisé en ce que la section transversale -de l'élé- ment détecteur (10) est de préférence carrée. ) Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que la longueur d'arête de l'élément détecteur (10) à section transversale carrée corres- pond au diamètre du guide d'ondes optique (14). 11 ) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le second guide d'ondes optique (24) a un faible amortissement de signal.