Brevet FR2648600A1 — publié le 19901221

APPAREIL OPTO-ELECTRONIQUE DE MESURE A DISTANCE D'UNE GRANDEUR PHYSIQUE L'inventlon concerne un appareil opto-élec- tronlque de mesure à distance d'une grandeur physique, cet appareil étant du type comprenant une source de lu- mière, un capteur soumis à la grandeur physique à mesurer et réalisant une modulation spectrale du flux lumineux reçu de la source, à une fréquence fonction de la gran- deur physique à mesurer, alnsl que des moyens d'analyse du flux lumineux transmis par le capteur, permettant de déterminer la valeur de la grandeur physique à mesurer à partir de la fréquence de modulation spectrale du flux lumineux transmis par le capteur. On connaît déjà des procédés et dispositifs de ce type, dans lesquels on utilise des capteurs compre- nant des éléments blréfrlngents sensibles à la grandeur à mesurer. Les moyens d'analyse comprennent en général un interféromètre démodulateur accordé sur le capteur et permettant par exemple d'analyser une modulation caracté- ristique d'une fréquence de battement entre la modulation spectrale due au capteur et celle due à l'interféromètre démodulateur. L'invention a pour objet un appareil de me- sure à distance d'une grandeur physique, utilisant des moyens du type préclté, c'est-à-dire un capteur sensible à la grandeur physique à mesurer, réalisant une modula- tion spectrale du flux lumineux transmis à une fréquence D qui est fonction de la valeur de la grandeur à mesurer, et des moyens d'analyse qui soient statiques, compacts et extrêmement précis. L'invention a également pour objet un appa- rell de ce type, dans lequel les moyens d'analyse permet- tent d'obtenir la phase absolue du signal lumineux trans- mls par le capteur. 2^8600 L'invention a encore pour objet un appareil du type précité, permettant le multiplexage de capteurs de même type ou de types différents, situés dans une même zone ou dans des zones différentes.. L'inventlon propose, à cet effet, un appareil opto-électronique de mesure à distance d'une grandeur physique, comprenant une source de lumière, un capteur soumis à la grandeur physique à mesurer et réalisant une modulation spectrale périodique du flux lumineux reçu de la source, à une fréquence fonction de la grandeur phy- sique à mesurer, et des moyens d'analyse du flux lumineux transmis par le capteur, ces moyens d'analyse comportant un élément biréfringent accordé sur le capteur et produi- sant une différence de marche optique proche de celle produite par le capteur, caractérisé en ce que les moyens d'analyse sont du type statique et comprennent des cubes séparateurs de polarisation associés à des pho- todétecteurs, et des moyens de traitement de l'information reliés aux photodétecteurs pour le calcul et la détermination de la phase modulo 2 x du signal lu- mineux transmis par l'élément biréfringent des moyens d'analyse, et en ce que l'appareil comprend deux sources de lumière émettant des flux lumineux centrés sur des longueurs d'ondes différentes, et des moyens de commande de fonctionnement alterné de ces deux sources de lumière, la différence des longueurs d'onde centrales des deux sources de lumière étant telle que la valeur absolue de la différence des phases des signaux transmis par l'élément blréfringent reste inférieure à x pour une D gamme déterminée de valeurs de la grandeur physique à me- surer. Les cubes séparateurs de polarisation qui sont traversés par le flux lumineux issu du capteur, don- nent (à des coefficients près) des signaux du type: -M 1 + cosy et/ou 1 + sinf, à partir des- quels on peut déterminer la phase du signal modulo 2 x; cette indétermination de 2kx peut être levée grace à l'utilisation en alternance de deux sources de lumière dont les longueurs d'onde centrales sont relativement proches l'une de l'autre. De. cette façon, la différence de phase des signaux correspondant à ces deux sources de lumière, pour une même valeur de la grandeur physique à mesurer, reste inférieure à 2x et la mesure de cette dif- férence de phase permet de lever l'indétermination de 2kx sur la détermination de la phase absolue du signal issu du capteur. La connaissance de la valeur de la phase ab- solue permet de déterminer la fréquence de modulation spectrale introduite par le capteur, et donc, moyennant un étalonnage, de déterminer la valeur de la grandeur physique à mesurer. Les moyens d'analyse sont donc entièrement statiques et ne comprennent pas d'éléments mobiles, et peuvent en outre être réalisés sous une forme partlculiè- rement compacte. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, les moyens d'analyse comprennent successlve ment, par rapport au sens de propagation du flux lumineux transmis par le capteur, un premier cube séparateur de polarisation transmettant sur deux voles d'analyse deux signaux lumineux polarisés dans des plans perpendicu- laires; l'élément blréfringent précité, qui est placé sur les deux voles d'analyse; une lame quart d'onde pla- cée sur une seule des voles d'analyse; deux cubes sépa- rateurs de polarisation placés chacun sur une vole d'analyse; et quatre phctodéeecteurs, placés chacun sur SO l'une-des sorties de ces deux cubes séparateurs. Cet agencement permet d'obtenir, sur les quatre photodétecteurs, des signaux qui sont, à des coef- ficients près, du type 1 + cosf, 1 - cosf, 1 + sinf, 1 - sin f, à partir desquels on peut simplement dé- 3' terminer la phase modulo 2 x du signal transmis par le capteur et par l'élément biréfrlngent des moyens 26',8 600 d'analyse. De plus, l'élément biréfringent est commun pour les deux voles d'analyse et les moyens d'analyse travaillent sur la totalité du flux lumineux transmls par le capteur, puisqu'on utilise.les deux états de polarisa- tion de ce flux lumineux. De préférence, chaque cube séparateur de po- larlsatlon préclté est associé à un second cube sépara- teur de polarisation, placé sur l'une de ses sorties, de telle sorte que les flux lumineux sortant l'un directe- ment du premier cube séparateur, l'autre du second cube séparateur, sont parallèles et orientés dans le même sens. Il en résulte que les quatre photodétecteurs peuvent être disposés sur une même ligne, ce qui facilite i- leur montage sur un circuit imprimé ou sur une embase commune de régulation thermique. Selon une autre caractéristique de l'invention; la lame quart d'onde précitée est achroma- tique. TC, On peut ainsi mesurer réellement le sinus et le cosinus de la phase du signal lumineux en un même point de l'enveloppe de ce signal, et non en des points différents. La précision et la linéarité de la mesure s'en trouvent grandement améliorées. - Selon encore une autre caractéristique de l'invention, l'élément biréfringent faisant partie des moyens d'analyse est insensible aux variations de tempé- rature et a une très faible dépendance spectrale. De préférence, cet élément biréfringent est formé de deux lames accolées, dont les axes lents et ra- pides sont croisés. Avantageusement, ces deux lames sont consti- tuées de KDP et de calcite respectivement. Les sources de lumière utilisées dans _, l'appareil selon l'invention peuvent être des diodes électrolumlnescentes ou superlumlnescentes (encore appe- lées superradlantes) qul sont associées à des circuits de régulation thermique, ou bien elles peuvent comprendre une source lumineuse commune à spectre large, par exemple une lampe à fllament ou une lampe à arc, et des filtres interférentlels pour la transmission de deux longueurs d'onde prédéterminées, alnsl que des moyens spécifiques de régulation de la température de ces filtres. L'apparell selon l'invention comprend encore un circuit de calibrage, comportant une vole de liaison directe entre les sources de lumière et les moyens d'analyse, une vole de liaison entre un capteur étalon et les moyens d'analyse, et des obturateurs montés sur ces deux voles et sur la vole de mesure allant du capteur de mesure aux moyens d'analyse. L'invention est par ailleurs blen adaptée au multiplexage de plusieurs capteurs. Par exemple, l'appareil selon l'invention peut comprendre plusieurs capteurs montés en parallèle, ayant des fréquences dlffé- rentes de modulation spectrale du flux lumineux qu'ils transmettent, et autant de mcyens d'analyse qui sont mon- tés en parallèle et comprennent chacun un élément blré- fringent accordé sur un capteur correspondant, les cap- teurs étant reliés aux moyens d'analyse par une fibre op- tlque commune et des coupleurs optiques. 2:- En variante, plusieurs capteurs ayant des fréquences différentes de modulation spectrale peuvent être montés en parallèle et reliés à des moyens communs d'analyse par des coupleurs optiques et une fibre optique commune, les moyens d'analyse comprenant alors un en- semble d'éléments biréfringents qui est susceptible d'être accordé sur chaque capteur successivement. Selon une autre variante, les moyens d'analyse peuvent être reliés par une fibre optique com- mune à des capteurs qui sont éloignés les uns des autres de distances telles que l'on puisse séparer dans le temps les signaux provenant de ces capteurs durant des inter- valles de mesure définis par les durées d'impulslons lu- mineuses émises par les sources de lumière. L'lnvention sera mleux comprise et d'autres caractéristiques, détails et avantages de celle-cl appa- raîtront plus clairement à la lecture de la description qui sult, faite à titre d'exemple en référence aux des- sins annexés dans lesquels: - la figure 1 représente schématiquement un apparell selon l'invention; - la figure 2 représente schématiquement le circuit de calibrage de cet appareil; - les figures 3 et 4 représentent deux modes de multiplexage de capteurs dans un appareil selon l'invention; - les figures 5,6 et 7 représentent des en- sembles de lames blréfrlngentes; - la figure 8 représente un autre mode de multiplexage de capteurs. On se réfère d'abord à la figure 1, qui re- présente schématiquement la structure d'un appareil opto- électronique de mesure à distance d'une grandeur phy- sique, selon l'invention. Cet appareil comprend deux sources de lumière et 12 émettant des flux lumineux dont les longueurs d'onde centrales sont relativement proches l'une de l'autre et dont les largeurs spectrales vérifient la relation: 2 Go > k., soit:AX> k. 2 o Lo est la différence de marche générée dans l'élément biréfringent des moyens d'analyse, et k est un nombre entier compris entre 2 et 5. Les sources de lumière 10 et 12 sont reliées par des fibres optiques 14 et un coupleur en Y 16 à une fibre optique commune 18 qul peut avoir une grande lon- gueur et qui aboutit à un capteur 20 de type interféromé- trlque, qui comprend un élément sensible soumis à la grandeur physique X à mesurer. Le capteur est relié par une fibre optique 22 à des moyens d'analyse 24. Ces moyens d'analyse comprennent une optique s 26 au foyer de laquelle est placée l'extrémité de la fibre optique 22, et qul fournit un faisceau de lumière à faible divergence à un premier cube séparateur de polari- sation 28 à deux sorties, dont l'une 30 transmet un si- gnal lumineux polarisé dans le plan du dessin et l'autre 1C 32 un signal lumineux polarisé perpendiculairement à ce plan. Cette sortie 32 arrive sur un autre cube séparateur de polarisation 34, identique au cube 28 et orienté de la même façon, qul reçoit le signal lumineux transmis par la sortie 32 et le réfléchit dans une direction perpendicu- 1_ laire, c'est-à-dire parallèlement à la sortie 30 et dans le même sens que celle-ci. A la sortie des cubes séparateurs 28 et 34 est disposé un élément blréfrlngent 36 dont les axes sont orientés à 45' des axes de polarisatlon des signaux luml- neux. Cet élément blréfrlngent 36 est traverse par les signaux lumineux sortant des cubes 28 et 34, et introduit dans ces signaux une différence de marche optique qui est fonction de son épaisseur et de sa biréfringence. Comme on le verra plus tard, l'élément blréfringent 36 est ac- 2E cordé sur le capteur 20, de telle sorte que la différence de marche optique qu'il produit soit proche de celle pro- dulte dans le capteur 20 soumis à la grandeur X à mesu- rer. La voie d'analyse correspondant à la sortie Zc du second cube séparateur 34 comprend, en aval de l'élément biréfringent 36, une lame quart d'onde 38 dont les axes sont confondus avec ceux de l'élément biréfrln- gent 36. Chaque voie sortant de l'élément blréfrlngent 36 (et de la lame quart d'onde 38) comprend un cube sépa- rateur de polarisation 40, 42 associé à un autre cube identique 44, 46 respectivement de sorte que les sorties des quatre cubes séparateurs sont parallèles et orientées dans le même sens. Sur chaque sortie est disposée une op- tique 48 associée à un photodétecteur 50 ayant une sur- s face sensible relativement importante, qui est par exemple de 5 à 10 fois supérieure à celle de l'image de la section de la fibre optique 22 pour éviter tous les petits problèmes de diaphragmatlon dus à des désaligne- ments et simplifier en conséquence les opérations de ré- co glage. Les photodétecteurs 50 peuvent donc être montés en ligne, par exemple sur une même carte de circuit imprimé, et sont reliés à des circuits de lecture 52, eux-mêmes reliés par un convertisseur analogiquenumérique 54 à des moyens de traitement de l'information 56 comprenant des moyens de calcul. On va maintenant décrire le fonctionnement de cet appareil. Lorsqu'une des sources de lumière 10,12 fonc- tic-ne, le flux lumineux qu'elle émet est transmis par la ? fibre optique 14, le coupleur 16, et la fibre optique 18 au capteur 20 qui est soumis à la grandeur physique à me- surer. L'élément sensible du capteur 20, qui peut être un élément blréfringent ou un interféromètre de Michelson par exemple, pour lesquels la différence de marche est grande devant la longueur de cohérence de la source, pro- duit une modulation spectrale périodique du flux lumi- neux qu'il reçoit de la source, cette modulation ayant une fréquence qui est une fonction simple de la grandeur physique X à mesurer. O Le flux lumineux ainsi modulé par le capteur est transmis aux moyens d'analyse 24 par la fibre op- tique 22, arrive sur le premier cube séparateur de pola- rlsation 28 et est donc séparé en deux signaux lumineux polarisés dans des plans perpendiculaires, qui traversent l'élément blréfringent 36. Cet élément biréfringent 36 introduit une différence de marche optique qui est chol- sie pour être proche de celle introdulte par le capteur , de telle sorte que l'élément biréfrlngent 36 produit une modulation spectrale pérlodlque des signaux lumineux qui le traversent, à une fréquence proche de la fréquence de modulation spectrale produite par le capteur 20. L'un des signaux lumineux traversant l'élément biréfringent 36 parvient directement au cube séparateur de polarisation et est partagé par ce cube 40 en deux signaux lumineux polarisés dans des plans perpendiculaires, dont l'un est renvoyé par le cube 44 l'un vers un premier photodétec- teur 50 et dont l'autre est transmis par le cube 40 à un second photodétecteur 50. L'autre signal lumineux traversant l'élément biréfrlngent 36 passe par la lame quart d'onde 38, puis est séparé en deux signaux polarisés dans des plans per- pendlculaires par le cube 42, l'un de ces signaux étant transmis directement à un troisième photodétecteur 50, tandis que l'autre signal est réfléchi par le quatrième cube séparateur 46 vers le quatrième photodétecteur 50. Les signaux reçus par ces photodétecteurs sont respectivement du type: Io [i1 + m(I)cos.l Io[l + m'(,)sini Io [1 - m(f)cosJ Io[1 - m'(!)s inf o m(+ ) et m'(+) désignent les facteurs de visibilité dûs à la fois à la faible cohérence des sources utilisées et à la qualité des moyens capteurs et détecteurs, $ est la phase absolue du signal et Io son intensité. Le choix d'une lame quart d'onde achromatlque au niveau de la vole sinus permet de garantir l'égalité des facteurs de visibilité m( ) = m'(+). Par amplificatlcn différentielle des signaux de sortie des photodetecteurs, on obtient: 2lIom(I)cosf et 2Iom'(i)sinf -C puis par dlvlsin: m'($).sin} m'{).tgf c ce qui permet d'avoir accès à tgl, moyennant l'égalité des facteurs de vislbillté garantis par l'emploi de la lame achromatique. On peut alnsi déterminer la phase du signal avec une indétermination d'un multiple de 2 x, à partir de l'argument de la fonction tangente et des signes de fonctions sinus et cosinus. On a donc la relation suivante entre la phase absolue du signal et sa valeur module 2 x: i = f + 2kx, k étant un entier La phase absolue i est par ailleurs reliée à la valeur de la grandeur X à mesurer par la relation sui- vante: * s 2 à(x) - avec A(x) = différence de marche optique dans le capteur , or0ú O= différence de marche optlque dans l'élément 36, = longueur d'onde centrale du flux lumineux émls par la source On voit que la connaissance de la phase absolue du signal : permet de déterminer la différence de marche optique dans le capteur 20 soumis à la grandeur à mesurer, et donc la valeur de cette grandeur, moyennant un simple étalonnage du capteur 20. Pour lever l'indétermination de 2kx et obte- 7. nlr la phase absolue du signal, on procède de la façon suivante: On choisit deux sources de lumière 10, 12 émettant sur des longueurs d'onde Al et k2 qui sont peu différentes l'une de l'autre, de scrte que les phases ab- solues des signaux correspondants (pour une même valeur de la grandeur physique à mesurer) respectent la condl- tlon sulvante pour toute une gamme détermlnée de valeurs de la grandeur X à mesurer: hI j = If, - 12 1 X A partlr des équat;.ns précitées, on obtilent donc: fi = f0 + 2kl x $2 = 2 + 2k2 x -2. =?_ 2 x 1C avec ik2 kil a) (X) ne présente aucune dépendance spec- trale et la dépendance spectrale de L0 est supposée négligeable: 1 = + + 2kx = 2i (x)- fi 2 2k2x 2x [(X)- A,. 4: + _-:02 1-:- :f2:(X) -e avec 1i 2 2kx = 2. A úf- ': :- À1: => k, = 1 [A'-1t de même k2 = 1! g- k 1 A b) L(X) et /o présentent des dépendances spectrales non négligeables. On trace, par calibratlcn cu calcul, ia courbe ^ = F(X), puls on Inverse X = F () et à toute valeur de 'n, on assocle une va- leur approchée du paramètre X. Cette valeur approchée est utillsée pour déterminer ki et k2. Un calcul de vraisemblance permet de vérlfier si les différentes valeurs 'fi, 'f, kl, et ka sont blen compatibles entre elles. Les fluctuations delf qui sont dues aux im- précislons de mesure ont pour conséquence de donner à kl et k2 des valeurs qui ne sont tou]ours exactement des nombres entiers. On choislt alors la valeur entière la plus proche du résultat de calcul. Par exemple, si on ob- tient par le calcul la valeur 5,05 pour kl, on donnera à kl la valeur entèlere 5. On peut donc alnsi calculer la valeur de la phase absolue du signal correspondant au fonctionnement d'une source de lumière 10 ou 12, en déduire la valeur de la différence de marche optlque produite dans le capteur, et donc la valeur de la grandeur physique X. En pratique, l'appareil selon l'invention comprend également le circuit de commande et de calibrage È; qul est représenté schématiquement en figure 2. Dans cette figure, on remarquera que le capteur 20 travaille en réflexion, tandis qu'il travaille en transmission dans le mode de réalisation de la figure 1. Il s'agit là d'une simple équivalence technique qui ne change ni les fonc- 2E tions, ni les résultats de l'invention. Le circult de commande et de calibrage repré- senté en figure 2 comprend un coupleur optique 58 du type /50 dont les entrées sont reliées par des fibres op- tiques 14 aux sources de lumière 10 et 12 et dont les deux sorties sont reliées, respectivement, à un autre coupleur optique 60 du type 50/50 et à un coupleur op- tique 62 du type 10/90 par l'intermédiaire d'un obtura- teur 64. Une sortie du coupleur optique 60 est reliée au capteur 20, par l'intermédiaire d'un obturateur 66 et son Y5 autre sortie est reliée à un capteur étalon 68 par l'intermédiaire d'un obturateur 70. La sortie (10) du coupleur optique 62 mène aux moyens d'analyse 24 reliés aux moyens de traitement de l'information 56. Ces moyens 56 comprennent des moyens de commande du fonctionnement des sources de lumière 10, 12 et des obturateurs 64, 66, 70. De manière générale, les signaux que l'on re- çoit sur les détecteurs 50 sont du type suivant SO = Io 0 + mo.M(,)cosJ Si = I [ - mi.M(f)cosl S2 = I2 [ + m2.M(4+E)sln(f+E S3 = I3 - m3.M($+E) sin(f+e o M(u) désigne la visibilité de la modula- tlon due aux effets couplés de la faible cohérence de la source et de la qualité du capteur utilisé, et E l'erreur - de quadrature résiduelle due au caractère imparfait de la lame t/4. Lcrsque l'obturateur 64 est ouvert et que les obturateurs 66 et 70 sor.n fermés, on a, sur les quatre voles d'analyse des slgr.naux non modules en fréquence, Ib, Il, I2, et I: respectlvement. On caicule alors des coefficients correc- teurs: a' = iO/I; 22 = Io/12; a3 = Io0/I3 qui permettent d'égaliser les niveaux de signaux moyens vus par chaque détecteur; on calcule ensuite les diffé- rences corrigées suivantes: Se - alSl = Io(mo + almi)M(tccsf a2S2 - a0S3 = i0(a2m2 + a3m3)M($+e)sin(f+e) puis le rapport entre ces différences corrigées: R = a2S2 - a3S3 = (a2m2 X am, M($+E). sin+e S0 -iS1 mo ai M() cos Par fermeture des obturateurs 64 et 66, et ouverture de l'obturateur 70, on peut envoyer aux moyens d'analyse 24 un signal modulé par le capteur étalon 68, et pour lequel la phase $ résultante est blen connue. 20480O0 Si la qualité de la lame X/4 est convenable (achromatlsme et tolérance de déphasage), on a: M(I + e) = M({) avec une préclslon suffl- sante. Alors les signaux obtenus sont tels que: R = a2m2 + a3m3 sin(I+e) "0 + aLm1 cos On supposera d'abord que e = 0. Dans ces conditions, l'emploi du capteur étalon permet de mesurer 1$ le rapport: a2m2 + Q3m3: _ mO + at1m1 K et d'en déduire le facteur K de correction de balance. On utilisera désormais les signaux du type KR sin(E) cos f 1_ (E étant connu, sa mesure ayant été réalisée une fois pour toutes en usine). Le clrcult de calibrage permet donc de s'affranchir des dérives du système de détection et de recalculer, à intervalles réguliers, C - les coefficients correcteurs de fond continu ai, a2, a 3 - le coefficient correcteur de balance K En outre, si le capteur étalon est constitué de deux éléments distincts commutables séquentlellement et fournissant deux phases I et f' telles que = I + x/2 alors la mesure des coefficients corrigés conduit aux signaux suivants: R = 1 sin(I+e) et R' = 1. cos(I+E) K x cose K sin et donc: R = tg. tg(+e) = tgItgI + tge) g 1 - tg!gtgE ce qui permet, connaissant {, de calculer e indépendamment de la connaissance du facteur correcteur de balance. Cette erreur de quadrature peut également être déterminée à l'alde d'un capteur étalon du type MI- CHELSON, dont l'un des mlrolrs est déplacé en translation avec précision grace à un mouvement piézoélectrique as- * servi. L'enregistrement des signaux obtenus après correc- tion et amplification différentielle lors d'un déplace- ment linéaire supérieur à X permet de mesurer e et K et de les utlllser ensuite comme valeurs de calibration "usine" de l'appareil. Ce capteur étalon peut encore être constitué des éléments sulvants: - un polarlseur - une lame biréfringente compensée analogue à l'élément 36 utilisé dans le système d'analyse (orientée à 45' par rapport à l'analyseur) - une lame X /4 achromatlque dont l'un des axes est confondu avec l'analyseur - - un polarlseur d'orientation ajustable: ce capteur permet de générer des variations de phase contrôlées, puisque la phase apparente du signal varie comme le double de l'orientation angulaire S du po- lariseur tournant. On peut donc générer une différence de marche correspondant à l'élément biréfrlngent seul (3=0) ou y addltlonner x/2 (X=x) pour échanger les voies sinus et cosinus et déterminer alnsl E et K. Ensuite, la fermeture des obturateurs 64 et et l'ouverture de l'obturateur 66 permettent des me- sures à l'aide du capteur 20. Les sources de lumière 10 et 12 sont comman- ó dées en succession rapide, par exemple de façon à réall- ser en une milliseconde le cycle suivant de quatre me- sures: mesure en fonctionnement de la source 10, mesure à l'extinction de la source 10, mesure en fonctionnement de la source 12 et mesure à l'extinction de la source 12. On peut ainsi, par différence, éllmlner les bruits de fond et l'influence de la lumière parasite. Les sources de lumière 10, 12, sont par exemple des diodes électroluminescentes associées à un circuit de régulation thermique, de façon à ce que les longueurs d'onde centrales des rayonnements émis soient insensibles aux variations de température. On peut éga- lement utiliser une source a spectre large, telle qu'une lampe à filament ou une lampe à arc, que l'on associe à des filtres lnterférentiels permettant de prélever les deux longueurs d'ondes voulues dans le spectre émis par i0 la lampe. Un circuit de régulation thermique des filtres lnterférentiels permet de rendre ces longueurs d'ondes insensibles aux variations de température. Des diodes électroluminescentes ou superra- diantes servant de sources lumineuses peuvent être régu- S lées thermiquement par des éléments Peltier avec une pré- cision de l'ordre de 0,1 C, ce qui correspond à une pré- cision de l'ordre de 0,03 nm en longueur d'onde. Dans le cas d'une source à spectre large associée à des filtres lnterférentlels, on peut se contenter d'une régulation thermique des filtres lnterférentiels avec une précision de l'ordre de C, pour obtenir la même précision de 0,03 nm en longueur d'onde. L'élément biréfrlngent 36 faisant partie des moyens d'analyse 24 doit également être insensible aux variations de température et avoir une très faible dépen- dance spectrale. Ces résultats sont obtenus en formant l'élément 36 de deux lames accolées, l'une en KDP (déhy- drogénophosphate de potassium) (ou éventuellement KD*P, dans lequel les atomes d'hydrogène sont remplacés par des s atomes de deutérium), l'autre en calcite (CaC03). Les axes lents et rapides de ces deux lames sont croisés. On obtient ainsi une biréfringence assez forte de l'élément 36, qui est par ailleurs parfaitement insensible aux variations thermiques (les sensibilités thermiques des deux lames s'annulant exactement) et qui a une très faible dépendance spectrale (les dépendances spectrales des deux lames s'annulant au moins au premier ordre). S1 el désigne l'épaisseur de calcite et ez celle de KDP, la blréfringence totale de la lame blré- fringente 36 s'écrit: B = - La condition d'athermalisation s'écrit en première apprcxlmatlon (dilatation thermique négli- geable): B O- bfl geable)0 B = 0 = e -l' - e2 An ":t bt - t et permet de déterminer le rapport des épaisseurs k k = e2 /ez = %Anl/bt = 0,973 à ≥ 830 nm bt6n2/t auquel doit satisfaire le couple KDP/Calcite (la blréfringence résultante n'étant pas nulle). En outre, l'épaisseur exacte de chaque lame est déterminée par la condition d'acccrd en milieu de gamme du paramètre X. Solt Xo cette valeur et t (Xo,) la dlffé- rence de marche associee dans le capteur; la condition d'accord s'écrit alors (À[o) - Ào à I |0 avec I=o i( À)=tc(Xo, À) - to() X0 étant la longueur d'onde centrale de la source. Cecl permet de calculerAO et d'en déduire les valeurs exactes des deux lames de KDP et de calcite correspondant au capteur considéré. -- Avec la valeur de k retenue, on peut en outre montrer que la dépendance spectrale relative de la lame 36 est très faible: 1. B Par ailleurs, la lame quart d'onde 38 placée derrière l'élément blréfrlngent 36 doit être achromatique pour que les fonctions sinus et cosinus puissent être me- surées au même point de l'enveloppe du signal lumineux, la ce qui garantit une grande précision de mesure et une ex- cellente llnéarlté sur toute la gamme de différences de marche. Pour cela, il faut que la condition d'accord exprimée plus haut soit satisfaite sur les deux voles pour la même valeur de la différence de marche dans le capteur. Pour la voie cosinus, nous avons: Lc(Xo, Xo) - xobAc(Xo, Xo) 6o( Xo) + Xo bA( Xo) = 0 o}A b X Pour la vole sinus: XX Xc(kXx,o) 0 À C(X,0 0() (0) + 0(0) - o 6(A) désigne la différence de marche asso- ciée à la lame X/4, soit encore: 0 J d(0) -> (0) - k et 6(À0) x _ x X0 _QO -> k 1/4 2C 0 2 2î 4 A(X) =À/4 pour tout À ce qul caractérise blen une lame achromatlque quart d'onde. Comme on l'a représenté schématiquement en figure 1, on peut interposer un élément polarisant 72 entre l'optique d'entrée 26 des moyens d'analyse et le premier cube séparateur 28, lorsque la fibre optique 22 est une fibre multimode ayant une longueur relativement faible. En effet, lorsque le capteur 20 est du type pola- risant et que sa liaison aux moyens d'analyse 24 est de l'ordre de quelques mètres, il peut rester dans le signal lumineux transmis aux moyens d'analyse 24 un résidu de polarisation, qul va influencer les séparations réalisées par le cube 28. L'élément polarisant 72 orienté à 45' du premier cube 28, va permettre d'équilibrer les deux voles d'analyse et de stabiliser parfaitement le rapport de leurs intensités, quel que soit l'état de polarisation du signal à analyser. Lorsque la lialson entre le capteur 20 et les moyens d'analyse 24 est réalisée par une fibre optique multimode de grande longueur, la lumière est complètement dépolarlsée lorsqu'elle parvient aux moyens d'analyse 24 et l'élément polarisant 72 est alors inutile (ce qui cor- respond à un gain de 3 dB); L'appareil selon l'invention présente les avantages essentiels suivants: 1t - Un seul élément biréfrlngent 36 pour les deux voies d'analyse - Pas de perte de flux (on utilise les deux états de polarisation du flux lumineux) - Faible encombrement (les moyens d'analyse avec les moyens d'acquisition, de démultlplexage électro- nlque et de conversion analoglque-numérique peuvent être logés dans un bottier ayant des dimensions de l'ordre de 2 x 10 x 5 cm3), - Très grande précision (on obtient une réso- ? lution de 200 000 points dans le cas o l'on n'utilise qu'un seul capteur, ce qui correspond à une précision de l'ordre du millième de degré Celslus en température et du vingt milllième de la longueur d'onde en déphasage). - Capaclté de multiplexage importante (plus _ de 10 capteurs). Divers modes de multiplexage sont représentés dans les figures 3, 4 et 8. En figure 3, plusieurs capteurs 20 sont re- liés par des fibres optiques 72 à un coupleur optique 74 À relié par une fibre optique 76 à un autre coupleur op- tique 78 de même type. Les moyens de détection 24, en nombre égal à celui des capteurs 20 sont reliés par des fibres optiques 80 au coupleur optique 78. Chaque moyen de détection 24 associé à un capteur 20 comprend un élé- ment biréfringent accordé sur le capteur 20 cor- respondant. Dans le mode de réalisation de la figure 4, plusieurs capteurs 20 sont reliés par des fibres optiques 72 à un coupleur optique 74 relié par une fibre optique 76 aux moyens de détection 24. Dans ce cas, ces derniers comprennent un ensemble d'éléments biréfringents du même type que la lame composite 36, que l'on peut accorder successivement sur chaque capteur 20. Plusieurs variantes de réalisation sont envl- sageables pour cette fonction: (a) lames blréfrlngentes de type 36 adaptées à chaque capteur et que l'on peut amener sur (ou retirer de) la trajectoire du faisceau lumineux par des mouve- ments de translation (par exemple au moyen de glissières) ou de rotation (type roue à filtres). :5 (b) en variante (figure 5), les différences de marche associées à chaque capteur peuvent être géné- rées par l'addition arithmétique des biréfringences de lames 82 de nature et d'épaisseurs identiques, ces lames étant amenées sur (ou retirées de) la trajectoire du faisceau lumineux 84 par des mouvements de translation, par exemple sur des glissières. (c) en variante (figure 6), les différences de marche associées à chaque capteur peuvent être géné- rées par l'addition algébrique des biréfringences de lames 86,88,90,.... de nature identique et d'épaisseurs croissantes, ces lames étant mobiles en rotation autour de l'axe 84 du faisceau et caractérisées par deux posi- tions stables séparées de 90', les axes lents ou rapides des lames étant constamment alignés, la rotation d'une 3c lame permettant d'additionner ou de soustraire sa biré- fringence à celle de l'ensemble des autres lames (échange des axes lents et rapides). (d) en variante (figure 7), les différences de marche associées à chaque capteur peuvent être géné- rées par l'addition algébrique des biréfrlngences de lames 86,88,90 d'épaisseurs croissantes, ces opérations d'addition ou de soustraction étant lndultes par la com- mande électrique de lames demi-ondes intercalaires 92, dont les axes sont situés à 45' de ceux des éléments d'accord. Ces lames intercalaires 92 sont constituées par des matériaux de type élasto-optlque, électrooptique ou autre dont la biréfringence prend la valeur O ou >/2 sulvant la valeur de la consigne de commande. On peut également, comme représenté schémati- quement en figure 8, reallser un multiplexage dans le temps des signaux provenant de capteurs 20 raccordés à une même ligne optique 76 aboutissant aux moyens d'analyse 24. Dans ce cas, les impulsions délivrées par chaque source doivent être suffisamment brèves pour que les distances séparant les capteurs ou les groupes de capteurs suffisent à différencier dans le temps les si- gnaux provenant des différents capteurs ou des différents groupes de capteurs. Le traltement des informations pro- venant de chaque capteur est alors identique à celui dé- crit dans ce qui précède, mals pour des Informations dé- livrées en synchronisme par les divers capteurs durant l'intervalle de mesure défini par la durée de l'impulsion lumineuse envoyée dans la ligne 76. L'identification des capteurs peut alors être de nature purement temporelle. Cette méthode de multiplexage peut être uti- llsée en combinaison avec celles décrites précédemment dans le cas d'une mesure en continu. L'invention permet des mesures de grandeurs C physiques à des distances relativement Importantes, par exemple de 3 km ou davantage, sans influence de la ligne de transmission, avec des préclsions élevées: une réso- lution de 200 000 points dans le cas o l'on n'utilise qu'un seul capteur, ou de 1000 points Si l'on utilise huit capteurs branchés sur la même ligne de transmission. REVENDICATIONS 1) Apparell opto-électronique de mesure à distance d'une grandeur physique, comprenant une source de lumière (10, 12), un capteur (20) soumis & la grandeur physique à mesurer et réalisant une modulation spectrale périodique du flux lumineux reçu de la source, à une fré- quence fonction de la grandeur physique (X) à mesurer, et des moyens (24) d'analyse du flux lumineux transmis par 1o le capteur (20), ces moyens d'analyse comportant un élé- ment biréfringent (36) accordé sur le capteur (20) et produisant une différence de marche optique proche de celle produite par le capteur, caractérisé en ce que les moyens d'analyse (24) sont du type statique et compren- i, nent des cubes séparateurs de polarisation (28, 40, 42) associés à des photodétecteurs (50), et des moyens de traitement de l'information reliés aux photodétecteurs (50) pour le calcul et la détermination de la phase mo- dulo 2x du signal lumineux transmis par l'élément biré- fringent (36) des moyens d'analyse, et en ce que l'appareil comprend deux sources de lumière (10, 12) émettant des flux lumineux centrés sur deux longueurs d'onde différentes, et des moyens de commande de fonc- tionnement alterné de ces deux sources de lumière (10, 25. 12), la différence des longueurs d'ondes centrales des deux sources de lumière étant telle que la valeur absolue de la différence des phases des signaux transmis par l'élément biréfrlngent (36) reste inférieure à x pour une gamme déterminée de valeurs de la grandeur physique (X) à mesurer. 2) Appareil selon la revendication 1, carac- térisé en ce que les moyens d'analyse (24) comprennent successivement, par rapport au sens de propagation du flux lumineux transmis par le capteur (20), un premier cube séparateur de polarisation (28) transmettant sur deux voies d'analyse deux signaux lumineux polarisés dans 2Z des plans perpendiculaires; l'élément biréfrlngent (36) préclté, qui est placé sur les deux voles d'analyse; une lame quart d'onde (38) placée sur une seule des voies d'analyse; deux cubes séparateurs de polarisation (40, 42), placés chacun sur une voie d'analyse: et quatre photodétecteurs (50) placés chacun sur une des sorties de ces deux cubes séparateurs (40, 42). 3) Appareil selon la revendication 2, carac- térisé en ce que chaque séparateur (28, 40, 42) précité est associé à un second cube séparateur (34, 44, 46) placé sur l'une de ses sorties de telle sorte que les flux lumineux sortant l'un directement du premier cube séparateur, et l'autre du second cube séparateur, sont parallèles et orientés dans le même sens. 1J-- 4) Appareil selon la revendication 3, carac- térisé en ce que les quatre photodétecteurs (50) sont placés sur une même ligne. ) Appareil selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la lame quart d'onde (38) or précitée est achromatique. 6) Appareil selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément biréfringent (36) est insensible aux variations de température et a une très faible dépendance spectrale. 7) Appareil selon la revendication 6, carac- térisé en ce que l'élément blréfringent (36) est formé de deux lames accolées, dont les axes lents et rapides sont croisés. 8) Appareil selon la revendication 7, carac- térisé en ce que les lames accolées sont en KDP et en calcite, respectivement 9) Appareil selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les sources de lumière (10,12) sont des diodes électroluminescentes ou superlu- minescentes, associées à des circuits de régulation ther- mique. ) Appareil selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les sources de lumière com- prennent une source lumineuse commune à spectre large, par exemple une lampe à filament ou à arc, et des filtres interférentiels pour la transmission de deux longueurs d'onde prédéterminées, qui sont associés à un circuit de régulation thermique. 11) Appareil selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les circuits de com- lO mande des sources de lumière (10, 12) sont conçus pour réaliser des cycles de quatre mesures (une mesure à l'allumage et une mesure à l'extinction de chaque source de lumière) à une fréquence d'environ lkHz par exemple. 12) Appareil selon' l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le capteur (20) est relié aux moyens d'analyse (24) par une fibre optique multimode à la sortie de laquelle est prévu un élément polarisant (72) orienté à 45' du premier cube séparateur de polarisation (28) des moyens d'analyse (24). 13) Appareil selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit de calibrage, comprenant une voie de liaison directe entre les sources de lumière (10, 12) et les moyens d'analyse (24), une voie de liaison entre un capteur éta- ion (68) et les moyens d'analyse (24), et des obturateurs (64,70,66) montés sur ces deux voies et sur la voie de mesure allant du capteur de mesure (20) aux moyens d'analyse (24). 14) Appareil selon la revendication 13, ca- ractérisé en ce que le capteur étalon du circuit de cali- brage est propre à générer séquentiellement des signaux ayant une différence de phase de x/2, et comprend par exemple un polariseur tournant à orientation angulailre commandée. 15) Appareil selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs capteurs (20) montés en parallèle et ayant des fréquences différentes de modulation spectrale, et autant de moyens d'analyse (24) montés en parallèle et comprenant chacun un élément blréfrlngent (36).accordé sur le capteur cor- S respondant, ces capteurs étant reliés aux moyens d'analyse par une même fibre optique (76) et des cou- pleurs optiques (74,78). 16) Appareil selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs capteurs (20) montés en parallèle et ayant des fréquences dlffé- rentes de modulation spectrale, reliés à des moyens com- muns d'analyse (24) par un coupleur optique (74) et une fibre optique commune (76), ces moyens d'analyse compre- nant un ensemble d'éléments biréfringents qui est suscep- 1 tible d'être accordé successivement sur chaque capteur (20). 17) Apparell selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que les moyens d'analyse (24) sont reliés par une fibre optique (76) à des capteurs (20) éloignés les uns des autres de distances telles que l'on puisse séparer dans le temps les signaux provenant de ces capteurs durant les intervalles de mesure définis par la durée d'impulsions lumineuses émises par les sources de lumière (10, 12).