Brevet FR2623900A1 — publié le 19890602

Capteur de micro-déplacements à fibres optiques L'invention consiste en un dispositif (capteur) permettant de mesurer des déplacements relatifs de faible amplitude (100 à 500 micromètres, par exemple) et d'en fournir la valeur à partir du rang numérique, dans des faisceaux plats de fibres optiques parallèles, des fibres mises en continuité optique par le déplacement. La figure 1 annexée représente, en perspective, le dispositif selon l'invention. Les fibres sont disposées parallèlement en deux faisceaux plats (1) et (2), mis en regard selon leurs faces transversales (3), planes et polies, séparées par la distance minimale compatible avec un libre déplacement des faisceaux. Selon une variante préférentielle, cette distance est de quelques dixièmes de millimètres et l'entraxe, d'une fibre à la suivante, est aussi constant que possible, voisin d'un demi-millimètre, par exemple. L'un des faisceaux est fixe -(l),par exemple-, l'autre est rendu solidaire du mouvement à mesurer. Les plans des faisceaux forment un angle (4) de faible valeur (quelques degrés ou moins), maintenu sensiblement constant malgré le déplacement de (1) par rapport à (2), de telle sorte qu'une seule fibre (10) du faisceau (1) soit en continuité optique avec une seule fibre du faisceau (2), pour une valeur déterminée du déplacement relatif de (1) et (2). Puisque l'angle (4) est faible, le déplacement du point (10) de continuité optique reproduit, en l'amplifiant, le déplacement imprimé au faisceau (2). On peut ainsi augmenter à volonté la sensibilité du dispositif, notamment en augmentant l'entraxe des fibres dans les faisceaux. La figure 2 annexée montre, en coupe, la position relative des plans des faisceaux de fibres. L'amplitude des déplacements mesurables dépend de l'angle (4), de l'entraxe et du diamètre de coeur des fibres optiques. Selon une forme de réalisation courante, cette amplitude avoisine 0,5 millimètres. Pour certaines combinaisons des valeurs de l'angle (4), de l'entraxe et du diamètre de coeur, plusieurs couples de fibres peuvent se trouver simultanément en continuité optique. Afin de réduire la perte de résolution qui en résulte pour la mesure du déplacement, un dispositif comparateur, exclu du champ de la présente invention, définit comme prioritaire un seul couple de fibres optiques.. Le critère de sélection peut porter sur l'intensité de la lumière transmise par les couples de fibres en continuité optique, intensité mesurée par les photodétecteurs (9) présentés plus loin. Selon une variante correspondant à la figure 1, le faisceau mobile (2) est porté par une lame élastique (5), formant avec le faisceau (1) l'angle (4) lorsque le déplacement est à la moitié de sa valeur maximale. La lame est pourvue de moyens de réglage mécanique (vis 6 et 7) permettant d'étalonner le capteur, par la mise en coïncidence entre les faisceaux (1) et (2), des axes: - de la première fibre, en l'absence de déplacement, - de la dernière fibre, en présence du déplacement maximal mesurable. Une butée 11 limite la course utile du faisceau 2. Selon une variante préférentielle, le nombre de fibres par faisceau est une puissance de dix. Ainsi, le signal de sortie du dispositif, disponible en aval des détecteurs (9) cités ci-dessous, peut être directement traité par un processeur numérique en base décimale. Dans une version comportant dix fibres par faisceau, les faces (3) en regard ont une largeur de 8 millimètres et une hauteur de 4 millimètres, environ. Les fibres de l'un des faisceaux, dit "émetteur", sont alimentées par une source de rayonnement lumineux (8). Chaque fibre de l'autre faisceau, dit "récepteur", est couplée à un élément photosensible. (9), exclu du champ de la présente invention, fournissant un signal (électrique, par exemple). Ce dernier est proportionnel à la quantité de lumière provenant de l'émetteur et transmise par le couple de fibres. auquel il se rapporte. Le cas échéant, des dispositifs annexes, exclus du champ de la présente invention, placés en aval des éléments (9) permettent de modifier les propriétés de transmission optique globale des couples de fibres (égalisation des niveaux maximaux, sélection des voies prioritaires, en particulier). Les liaisons optiques aboutissant aux faces (3) à partir de la source (8) et à partir des éléments (9), peuvent avoir une longueur quelconque, limitée toutefois par la sensibilité des photorécepteurs (9) et de leurs annexes éventuelles. Gracie à cette caractéristique, la partie centrale du présent dispositif, représentée par les faces (3), et les parties périphériques, telles que (8) et (9), peuvent être situées dans des milieux distincts qui différent, par exemple, dans leurs propriétés physiques (température, niveau de rayonnement électromagnétique et nucléaire) ou chimiques (agressivité acide ou alcaline, explosibilité). Le dispositif selon l'invention constitue un capteur particulièrement destiné à la mesure numérique directe de micro-déplacements liés, par exemple, à des déformations ou des vibrations, dans des conditions ambiantes inaccessibles aux composants électroniques des capteurs courants. PEVENDICATIONS 1 > dispositif pour mesurer de petits déplacements relatifs caractérisé par l'emploi de fibres optiques disposées parallèlement en deux faisceaux plats en regard selon leurs faces transversales et dont les plans forment un angle faible maintenu sensiblement constant dans leur déplacement relatif, l'un des faisceaux étant fixe et l'autre solidaire du mouvement å mesurer, d'une source de rayonnement lumineux qui alimente l'un des faisceaux, chaque fibre de l'autre faisceau étant couplée å un élément photosensible, de sorte qu'une seule fibre fixe soit en coïncidence avec une fibre mobile, pour une valeur déterminée du déplacement mesuré, et produise alors un signal traité par un processeur numérique. 2) capteur de microdéplacements å fibres optiques selon la revendication 1, caractérisé en ce que le faisceau mobile est porté par une lame élastique formant un angle faible et sensiblement constant, par rapport au faisceau + ive, dans le mouvement mesuré. 3) capteur selon la revendication 2, dans lequel la lame est pourvue de moyens de réglage mécanique ayant pour fonction d'étalonner le capteur par la mise en coïncidence des deux couples de fibres correspondant respectivement aux positions extrêmes de la course utile du faisceau mobile. 4) capteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le nombre de fibres commun a chaque faisceau est une puissance de dix. 53 capteur selon la revendication 4 caractérisé en ce qu'il comporte un processeur numé-ique de signal fonctionnant en base décimale. 6) capteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est utilisé pour la mesure de dé+ormations et vibrations dans des conditions ambiantes inaccessibles aux capteurs courants.