Brevet FR2641616A1 — publié le 19900713

DISPOSITIF A FIBRE OPTIQUE ET SA GAINE DE PROTECTION L'invention est relative à un dispositif à fibre optique, ou faisceau de fibres optiques, destiné à être utilisé à température elevée et/ou environnement sévère. Les fibres optiques sont d'utilisation courante pour transmettre à distance des informations optiques. Elles sont, comme les câbles électriques, habituellement protégées par des gaines en matière plastique. Ces gaines risquent de se détériorer au dela d'une température-de 150 à 2000C. En outre elles sont sensibles aux agressions mécaniques ou chimiques, telles que les acides, le kérogène ou même la vapeur d'eau. L'invention vise à permettre l'utilisation de telles fibres à des températures d'au moins 2500C et/ou dans des milieux chimiquement ou mécaniquement agressifs. Ainsi les fibres optiques peuvent être utilisées notamment pour l'étude et/ou la surveillance de réacteurs d'avion, ainsi que pour la surveillance de brûleurs à gaz. Le dispositif selon l'invention est caractérisé en ce que la fibre optique (ou de façon générale, le conducteur de lumière) est entourée par une gaine métallique et en ce que cette gaine peut se déplacer librement selon sa longueur par rapport à la fibre. Ainsi quand les coefficients de dilatation linéiques de la gaine et de la fibre sont différents une variation de température ne provoque pas de contrainte sur la fibre. On peut prévoir un joint de - dilatation entre la gaine métallique et la fibre optique. On a en effet constaté, d'une part, qu'un tube métallique apporte une protection convenable à une fibre optique, et d'autre part, que les coefficients de dilatation linéiques du métal et du matériau de la fibre présentent des différences telles que, pour des élévations de température dépassant 2500C, il y a un risque important de rupture de la fibre par traction ou par compression. Dans un mode de réalisation le joint de dilatation est un élément souple, tel qu'un soufflet de courte longueur par exemple joignant deux parties de 1A gaine. Cet élément souple est de préférence métallique s'il est disposé en un emplacement où se font sentir de fortes variations de température. Toutefois s'il existe des emplacements du dispositif ou les variations de température sont relativement peu importantes, et si la fibre avec sa gaine métallique sont d'une longueur suffisante, le joint de dilatation souple peut être disposé en un emplacement à variation modérée de température et être constitué en une matière moins résistante, telle qu'une matière plastique. Dans une autre réalisation le joint de dilatation est constitué par un montage à coulissement entre un embout de la fibre optique et l'intérieur de la gaine métallique ou par un coulissement entre cet embout de fibre optique et l'intérieur d'une enceinte d'extrémité à laquelle est connectée la gaine. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront avec la description de certains de ses modes de réalisation, celle-ci étant effectuée en se référant aux dessins ci-annexés sur lesquels - la figure 1 représente un premier mode- de réalisation de dispositif selon l'invention, - la figure 2 est un schéma d'un second mode de réalisation de l'invention, - la figure 3 est un schéma d'une application de l'invention, et - la figure 4 est un schéma d'une autre application de l'invention. Dans tous les modes de réalisation de l'invention que l'on va décrire ci-dessous la fibre optique 10 (figures 1 et 2) est destinée à transmettre un rayonnement R, auquel est exposé un bord d'extrémité Il de la fibre 10, vers un détecteur 12. Ce dernier est en regard du second bord d'extrémité 13 ou contre ce second bord. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure I, autour de l'extrémité à bord 11 exposé au rayonnement, est appliquée, de façon hermétique, une bague métallique 14 se terminant, au delà du bord 11, par une chambre hermétique 15 fermée par un hublot 16 en face du bord 11. Bien entendu ce hublot 16 est transparent au rayonnement R auquel est sensible le détecteur 12. Autour de l'extrémité 17 de la bague 14 qui est opposée à la chambre 15 est fixée, de façon hermétique, une première partie de tube métallique 19. La fixation entre ce tube 19 et la bague 14 est, par exemple, un soudage. Cette première partie de tube métallique 19 est connectée à une seconde partie 20. de plus grande longueur, par l'intermédiaire d'un joint de dilatation souple 21 ayant la forme d'un soufflet, c'est-à-dire d'un tube à ondulations. Pour la connexion du soufflet 21 aux parties 19 et 20 du tube, ce soufflet présente, à chacune de ses extrémités, des collerettes respectivement 22 et 23. Ces collerettes sont fixées de façon hermétique, par exemple par soudage, sur la périphérie externe des tubes respectivement 19 et 20. L'autre extrémité du tube 20, qui entoure la plus grande partie de la longueur de la fibre 10, est fixée de façon hermétique, par exemple par soudage 26, à un second embout métallique 25. Cet embout se termine au bord d'extrémité 13 de la fibre optique et il est raccordé de façon hermétique, également par soudage 27, à une seconde chambre hermétique 28 métallique qui renferme le détecteur 12. Les connexions électriques du détecteur 12 avec les appareils de mesure ou de surveillance (non représentés) sont effectuées à l'aide d'un connecteur hermétique 29. Dans cet exemple il subsiste un espace annulaire 30 entre la fibre optique 10 et les tubes 19, 20 et 21 qui l'entourent. Cet espace 30 est rempli par un matériau, par exemple sous forme liquide ou sous forme de poudre, ayant des propriétés de lubrification et/ou d'amortissement. la lubrification ou l'amortissement peut aussi être réalisée par une gaine en tissu de verre. La lubrification est utile en raison des déplacements relatifs dus aux coefficients de dilatation de valeurs différentes, entre la fibre et le tube qui l'entoure. L'amortissement est particulièrement utile quand le dispositif se trouve dans un environnement, tel que celui d'un réacteur d'avion, à fortes vibrations mécaniques. Ces vlbrations peuvent provoquer des contacts entre la fibre 10 et la gaine métallique qui l'entoure; ce qui rend la lubrification encore plus utile. En fonctionnement le joint de dilatation 21 absorbe, par sa souplesse, les différences d'allongement entre la fibre et la gaine métallique quand la température s'élève, ou de façon plus générale quand la température varie. Ce joint de dilatation est aussi utile lors du refroidissement après fabrication de l'ensemble. Quand la température s'élève Le tube métallique s'allonge plus que la fibre ou l'inverse selon la nature du matériau composant la fibre optique 10 et la nature du metal des tubes 19 et 20. Dans une variante (non représentée) la collerette 22 est directement fixée de façon hermétique sur la bague 14 sans qu'il soit prévu de première partie 19 de tube métallique. Il est également possible de disposer le joint de dilatation souple 21 près de l'autre bord d'extrémité 13 de la fibre optique. Si cette extrémité n'est pas soumise à des variations de températures aussi importantes que la première extrémité et si la longueur du tube 20 est suffisamment importante pour que les variations de températures à la première extrémité ne soient pratiquement pas transmises vers la seconde extrémité, il est alors possible de realiser le soufflet ou joint de dilatation en une matière plastique, d'un coût inférieur à celui d'un soufflet métallique. L'exemple représenté sur la figure 2 se distingue de celui de la figure 1 par le fait qu'à la place d'un soufflet 21 on prévoit un coulissement de la bague d'embout 251 dans un tube 32 en saillie de la chambre 28. Ce tube 32 est fixé de façon hermétique. par soudage 33, au tube 20. Ce dernier tube 20 est d'un seul tenant et est soudé à son autre extrémité à l'embout 14 comme dans l'exemple de la figure 1. La bague d'embout 251 est à distance du bord d'extrémité 34 du tube 20. A la différence de l'exemple de la figure 1 cette bague n'affleure pas le bord d'extrémité 13 de la fibre 10. Toutefois, en variante la bague affleure le bord d'extrémité 13. Dans une variante (non représentée) la bague 25 coulisse à l'intérieur du tube 20. Dans l'exemple de la figure 2, comme dans le précédent (figure 1), on peut disposer un matériau amortisseur et lubrifiant dans l'espace annulaire ménagé entre la fibre 10 et la gaine métallique 20. Dans les deux exemples décrits ci-dessus on peut remplir 1 espace annulaire entre la fibre 10 et sa gaine par un liquide destiné à effectuer, par un choix approprié de son indice de réfraction, une adaptation optique pour la transmission des signaux lumineux à travers ladite fibre. Les dispositifs décrits ci-dessus résistent aux températures élevées et aux agents extérieurs agressifs. En outre la fibre optique est protégée contre les chocs, le cisaillement, les vibrations et les accélérations. Le dispositif est de faible poids, de réalisation économique et d'encombrement réduit. Ce dispositif peut être utilisé pour la detection de la post-combustion 40 dans un réacteur 41 d'avion (figure 3). Dans ce cas la chambre hermétique 15, avec son bublot 16, est disposée dans la chambre de post-combustion 40 et le détecteur 12 dans la chambre 28 est un capteur de rayonnement ultra-violet. Ce capteur est associé à un calculateur de régulation 42 pour le fonctionnement du réacteur 41. Le dispositif selon l'invention peut aussi être utilisé pour la surveillance d'un brûleur 50 (figure 4) afin de vérifier la présence de la flamme 51. A cet effet la chambre 16 avec son hublot est disposée à proximité de cette flamme et l'information est transmise, par la fibre optique 10, vers un détecteur 52 de flamme sensible au rayonnement ultra-violet et/ou au rayonnement infrarouge. De façon générale l'invention s'applique à chaque fois que des contraintes extérieures risquent d'entrainer un déplacement relatif du conducteur de lumière par rapport à sa gaine et que cette contrainte risque de provoquer une destruction ou une détérioration de la fibre optique. Bien que dans les exemples on ait représenté la fibre optique et sa gaine sous forme rectiligne l'invention s'applique aussi quand l'ensemble est coudé, par exemple pour s'adapter à la géométrie du système dans lequel il est installé. Parmi les variantes on signalera aussi qu'il n'est pas indispensable que le tuyau métallique de protection soit un simple cylindre de section circulaire, il peut également se présenter sous forme ondulée. Un tel tuyau ondulé est distribué, par exemple par la Société la Jonchère sous la référence BX 55 ou par la Société Tubest sous le nom de Parnor. Ces tuyaux ondulés peuvent, sous l'action de la température ou lors de leur mise en forme coudée, présenter des variations de longueur qui sont absorbées par les dispositions de l'invention afin de protéger la fibre optique contre les contraintes longitudinales. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour la transmission d'informations optiques avec une fibre optique ou conducteur de lumière (10), caractérisé en ce que la fibre optique (10) est entourée par une gaine métallique (19, 20) et en ce qu 'un moyen (21; 251) est prévu pour empêcher qu'un déplacement longitudinal de la gaine par rapport à la fibre ne provoque de contrainte sur cette fibre. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'étant destiné à subir des variations de température importantes, au moins 2500 C, ledit moyen (21; 251) comporte un joint de dilatation empêchant qu'une différence entre les coefficients de dilatation de la gaine et de la fibre ne provoque de contrainte sur cette fibre. 3. Dispositif selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que la gaine (19, 20) entoure la fibre (10) de façon hermétique. 4. Dispositif selon la revendication 1, 2, 3 ou 4, caractérisé en ce que ledit moyen, tel qu'un joint de dilatation, comprend un élément souple (21), par exemple sous forme d'un soufflet, qui joint deux parties (19, 20) de la gaine métallique ou qui est disposé à une extrémité de cette gaine. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'élément souple est métallique. 6. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ltélement souple étant disposé à une extrémité soumise à des variations de température relativement peu importantes, cet élément souple est en matière plastique. 7. Dispositif selon la revendication 1, 2, ou 3, caractérisé en ce qu'une bague d'embout (251) de la fibre optique est coulissante à l'intérieur d'un tube (32), ce coulissement constituant ledit moyen. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le tube (32) dans lequel coulisse la bague d'embout (251) est en saillie d'une chambre (28) contenant un détecteur (12). 9. Dispositif selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que le tube (32) est fixé de façon hermétique à la gaine (20). 10. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que la bague d'embout (251) coulisse dans la gaine métallique (20). 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un espace annulaire (30) est ménagé entre la fibre (10) et la gaine (19, 20) et en ce que cet espace annulaire est rempli d'un matériau, par exemple sous forme liquide, sous forme de poudre, ou sous forme de tissu, ayant des propriétés d'amortissement et/ou de lubrification. 12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que le matériau est un tissu de verre. 13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu un espace annulaire (30) est ménagé entre la fibre (10) et la gaine métallique (19, 20) et en ce que cet espace annulaire est rempli d'un liquide d'indice de réfraction choisi pour la transmission optique. 14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un embout de la fibre optique est raccordé à une chambre hermétique (15) fermée par un hublot (16) transparent au rayonnement à détecter et en ce que l'autre embout (25, 251) de la fibre (10) est raccordé à une autre chambre, de préférence hermétique, contenant un détecteur (12) de rayonnement. 15. Application du dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes à la détection du rayonnement ultra-violet de post-combustion dans un réacteur. 16. Application du dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 14 à la détection de flamme dans un bru leur.