Brevet FR2639112A1 — publié le 19900518

La présente invention concerne un dispositif de mesure de rayonnement, notamment mais non exclusivement en vue de la mesure de la température d'un corps chaud. On connaît déjà de nombreux dispositifs de mesure de rayonnement servant à la détermination de la température d'un corps chaud par référence au rayonnement émis par un corps noir. Certains des dispositifs existants comportent un capteur comprenant- un faisceau de fibres optiques relié à une détecteur opto-électrique transformant L'intensité du rayonnement en un signal électrique qui est lui-même traité par un circuit électronique pour commander un dispositif d'affichage étalonné en température. Dans les dispositifs à fibres optiques existants, on a toujours cherche jusqu'à présent à d'une part contrôler Les surfaces visées en équipant L'extrémité de mesure du faisceau de fibres optiques avec un dispositif de focalisation, et d'autre part minimiser les perturbations du rayonnement transmis en évitant des implantations dans des mi lieux chauds. t Etant donné que La détermination de la température d'un corps chaud ne peut être faite qu'en mesurant le rayonnement émis par une surface à température homogène, on comprend immédiatement que la délimitation minima le de la surface visée a une influence importante sur les possibilités d'application du dispositif de mesure, de nombreux corps chauds n'ayant qu'une faibLe surface à température homogène. De plus, l'encombrement du capteur constitue une contrainte importante dans la mesure ou L'espace disponible à proximité de la surface dont on souhaite mesurer la température est tres réduit. C'est le cas par exemple pour la mesure de température des aubes de réacteurs utilisés dans l'aviation. Par ailleurs, les moyens de fixation du dispositif de focalisation sont généralement incompatibles avec la mesure de température très élevée à moins que le capteur ne soit équipé de moyens de refroidissement particulièrement sophistiqués qui augmentent encore l'encombrement du capteur. Un but de la présente invention est de proposer un dispositif de mesure de rayonnement ayant un capteur de tres faible encombrement et susceptible de fonctionner dans des conditions de température élevée. En vue de la réalisation de ce but, on propose selon l'invention un dispositif de mesure de rayonnement comportant un capteur de rayonnement relié à au moins un bloc opto-électrique lui-même associé à une unité de traitement et d'affichage, comportant des moyens d'etalonnage dans lequel le capteur comporte une fibre optique unique ayant une extrémité de mesure libre de tout dispositif de focalisation et une extrémité opposée reliée au bloc opto-électrique. En effet, après des études approfondies, il s'est avéré que les idées pré-existantes relatives à la nécessité d'éviter toute perturbation de la transmission de rayonnement de La surface du corps chaud au bloc optoélectrique, notamment en minimisant les émissions de rayonnements parasites dûes à L'échauffement du capteur ou en évitant La transmission des rayons tombant sur L'extrémité de mesure du capteur avec un angle d'incidence supérieur à l'angle limite résultant en un rayon guidé à l'intérieur du faisceau de fibres, pouvaient être ignorées avec une fibre unique associée à un étalonnage du dispositif de traitement du signal étectrique émis par le bloc opto-électrique. Selon une version avantageuse de l'invention, le dispositif de mesure de rayonnement comporte deux blocs opto-électriques reliés à un même capteur optique par une Liaison en Y. Ainsi, par l'utilisation d'un dispositif de traitement réalisant, d'une façon connue en soi, le logarithme du rapport des signaux électriques émis par chacun des blocs opto-électriques, on élimine, à un degré d'approximation satisfaisant, les perturbations résultant des facteurs de transmission du système, des pertes inherentes aux fortes courbures de La fibre, de la détectivité spectrale et des pertes spectrales. D'autres caractéristiques et avantages de l';n- vention apparaStront à La lecture de la description qui suit en liaison avec les dessins ci-joints parmi lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique du dispositif selon L'invention, le capteur étant repre senté en coupe à une échelle agrandie, - la figure 2 est un diagramme montrant les va leurs obtenues du logarithme du rapport des signaux elec- triques des deux blocs opto-électriques du dispositif de la figure 1 en fonction de la température. En référence à La figure 1, le dispositif selon l'invention comporte un capteur de rayonnement géneralement désigné en 1 et comportant une fibre optique unique 2, par exemple une fibre optique en silice multimodes à saut d'indice maintenue au voisinage de son extrémité de mesure 3 dans une gaine de protection en céramique rigide 4 elle-meme entourée par une gaine métallique 5 comportant des cavites de refroidissement 6 alimentées en fluide de refroidissement. L'extrémité de mesure 3 de la fibre optique 2 est recouverte par un bouchon 7 comportant une ouverture 8 formant un diaphragme coaxial à la fibre optique 2. Au-delå du capteur 1, la fibre optique est gainée, par exemple par une gaine en matière pLastique 9. Le dispositif de refroidissement du capteur selon l'invention est destiné à maintenir la fibre optique dans une gamme de température où des mesures successives se reproduisent de façon identique pour des rayonnements identiques, par exemple une température au plus égale à 5000C pour une fibre optique en silice. L'encombrement du dispositif de refroidissement du capteur selon L'invention est donc très faible de sorte que le capteur selon L'invention peut, par exempLe, se présenter sous forme d'un cylindre d'une dixaine de centimètres ayant un diamètre de quelques millimetres.Un tel capteur peut donc être disposé en des endroits de très faible accessibilité. Le rayonnement recueilli par le capteur 1 est transmis à deux blocs opto-électriques 10, 11 par l'in- termédiaire d'une liaison en Y 12. La liaison en Y 12 peut être réalisée selon différentes formes, par exemple en taillant la fibre optique 2 selon deux plans inclinés auxquels sont raccordées des fibres optiques formant les branches du Y, chacune des branches étant reliée à l'un des blocs opto-électriques 10,11. Dans ce cas, chacun des blocs optoélectriques 10, 11 comprend d'une part un filtre interférenciel destiné à Laisser passer une longueur d'onde prédéterminée et d'autre part une cellule opto-électrique transformant le rayonnement de longueur d'onde prédéterminée en un signal électrique transmis à une unité de traitement et d'affichage 13. La liaison en Y 12 peut également être constituée par un cristal electro-optique comportant deux séries d'électrodes reliees à des tensions de commande différentes, le cristal électro-optique assurant alors une déviation distincte du rayonnement pour deux longueurs d'onde différentes. Dans ce cas, la différenciation des frequences est effectuée directement dans ta liaison en Y et les blocs opto-électriques 10 et 11 sont directement accolés à la liaison en Y 12 et comportent seulement une cellule opto-électrique. Dans le cas d'un dispositif à deux blocs opto-électriques, le dispositif de traitement et d'affichage 13 réalise de préférence d'une part une amplification des signaux électriques émis par les blocs opto-électriques 10 et 11, et une fonction Logarithme du rapport D2/D1 entre ces signaux. Le dispositif d'affichage affiche alors une valeur qui correspond au rayonnement émis par la surface en regard duquel le capteur 1 est disposé. On constate sur la figure 2 que les différents points de mesure effectués à différentes températures sont disposés sensiblement sur une droite.En fonction de L'échelle du dispositif d'affichage, on modifie à volonté la pente et L'ordonnée à l'origine de la droite en agissant sur des paramétres du circuit de traitement, par exemple au moyen de poten tiomètres 14, lors d'un etalonnage préalable du dispositif en disposant le capteur 1 en regard de corps noirs primaires dont la température est connue. Bien entendu L'invention n' est pas limitée au mode de réalisation décrit et on peut y apporter des variantes de réalisation sans sortir du cadre de l';nven- tion. En particulier, bien que L'invention ait été décrite en liaison avec un dispositif comportant deux blocs optoélectriques, L'invention peut être réalisée avec un seul bloc opto-électrique, la mesure de rayonnement étant alors obtenue soit seulement par étalonnage préalable du dispositif de traitement soit par étalonnage préalable et utilisation d'une source de référence. Les cellules opto-électri- ques peuvent bien entendu être de différents types, quantiques thermo-électriques, .... De même, la longueur, la section et la nature de la fibre optique 2 seront adaptées aux utilisations envisagées. En particulier, dans le cas d'une mesure de radiations infra-rouges, la fibre optique en silice sera de préférence remplacez par une fibre en chalcogénure et verre fluoré. REVENDICATIONS 1. Dispositif de mesure de rayonnement comportant un capteur de rayonnement (1) relié à au moins un bloc opto-électrique (10, 11) lui-même associé à une unité de traitement et d'affichage (13), comportant des moyens d'étalonnage (14) caractérisé en ce que le capteur comporte une fibre optique unique (2) ayant une extrémité de mesure (3) libre de tout dispositif de focalisation et une extrémité opposée reliée au bloc opto-électrique (10,11). 2. Dispositif de mesure de rayonnement selon la revendication 1, caractérisé en ce que La fibre optique unique est protégée par une gaine (4). 3. Dispositif de mesure de rayonnement selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que L'extrémité de mesure (3) de la fibre optique est équipée d'un diaphragme (7). 4. Dispositif de mesure de rayonnement selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte deux blocs opto-électroniques t10,11) reliés à un même capteur optique par une Liaison en Y (12).