Brevet FR2664695A1 — publié le 19920117

La présente invention se rapporte à un capteur de température à fibre optique multimode utilisant la modulation de modes. Dans l'industrie ainsi que dans divers domaines professionnels particuliers tels que le bâtiment, l'agriculture et pour diverses autres applications professionnelles et domestiques, on souhaite pouvoir disposer d'un capteur de température simple et fiable, indépendant des autres grandeurs physiques du milieu dans lequel il est plongé. On connaît de très nombreux capteurs de température depuis les tubes capillaires toujours utilisés dans les appareils électrodomestiques (chauffeeau, chaudières, réfrigérateurs...) jusqu'aux transducteurs et sondes de mesure de température, et les thermocouples. Tous ces capteurs présentent divers inconvénients simultanés qui se situent souvent dans le domaine du coût, de la fragilité, du manque de sensibilité et, pour certains, d'autres inconvénients qui se traduisent par une réponse simultanée à plusieurs grandeurs physiques ou par une sensibilité excessive aux perturbations du milieu ambiant. Il s'agit souvent, pour ce dernier point, de perturbations de type électromagnétique ou radioélectrique. La présente invention a pour but de proposer un capteur de température qui remédie à tous ces inconvénients. A cet effet, elle se rapporte à un capteur de température à fibre optique caractérisé en ce que l'on utilise une fibre optique multimode en modulation de modes, la partie sensible du capteur étant constituée par un enroulement de plusieurs tours de ladite fibre optique. Le capteur de température selon la présente invention s'applique à une très grande diversité de domaines et présente de nombreux et multiples avantages. Ne pouvant les indiquer tous, on se contentera d'en indiquer ci-après les principaux. En ce qui concerne les domaines et les applications diverses, on peut supposer dès maintenant que le capteur selon l'invention peut remplacer pratiquement tous les capteurs existants sauf ceux spécialement conçus et réalisés pour les hautes températures. Les principaux domaines suivants sont particulièrement visés appareils électrodomestiques et électroménagers véhicules automobiles et de transport industrie nucléaire industrie lourde industrie agro-alimentaire le bâtiment et, d'une façon générale, toutes les utilisations d'un capteur en détecteur, c' est-à-dire, par exemple, indiquant une variation de température suite à une manoeuvre fortuite ou accidentelle, par exemple l'ouverture d'une porte de four ou d'une chambre frigorifique. Le principal avantage concerne sa totale indépendance par rapport aux autres grandeurs physiques ou perturbations du milieu ambiant telles que, par exemple, les parasites radioelectriques, les vibrations, le champ électromagnétique, les dilatations... Divers avantages intéressants peuvent également être cités. Il s'agit, de façon nullement limitative, des avantages suivants capteur parfaitement inerte et passif pouvant être utilisé dans les ambiances les plus dangereuses car ne presentant aucun risque de type électrique, de type explosif réponse garantie du capteur quels que soient le degré d'humidite et les vibrations ambiantes. implantation particulièrement facile et rapide sur les supports les plus divers simplicité de mise en oeuvre coût réduit de fabrication et de montage grande précision et grande sensibilité. séparation de la grandeur physique mesurée: le capteur peut ne répondre qu'aux variations de températures ; forte insensibilité aux pertubations diverses du milieu ambiant. L'invention sera bien comprise à la lecture de la description qui suit, effectuée à titre d'exemple non limitatif sur un mode d'exécution en reference au dessin dans lequel la figure unique est une vue schématique du capteur et de son montage d'exploitation. Diverses études sur les propriétés de birefringence dans une fibre optique multimode courbee ont montre que les pertes de propagation de la lumière liées à la courbure dans une même fibre dépendent fortement de la température du milieu ambiant et de la pression locale exercée sur la fibre. La présente invention a pour but d'utiliser dans une application industrielle les propriétés de biréfringence d'une fibre optique courbee en vue de realiser un capteur de température de grande sensibilité et de haute fiabilité utilisable dans de nombreuses applications. On sait que la perte de l'intensité lumineuse le long d'une ou à travers une fibre optique dépend des facteurs suivants caractéristique du matériau . pression à laquelle elle est soumise température du milieu ambiant ouverture numérique. Pour une même fibre, l'ouverture numérique dépend du rayon du courbure. Si celui-ci est constant comme dans le cas d'un bobinage, à pression constante, dans le milieu ambiant la perte de propagation lumineuse ne dependra, aux approximations d'ordre éloigné près, que de la température de ce milieu. En choisissant convenablement les caractéristiques de la fibre optique, le rayon de courbure et le nombre de tours de l'enroulement par rapport à la sensibilité souhaitée et à la gamme de températures à couvrir, une fibre optique conformée selon un enroulement de diamètre approprié permettra de constituer un capteur de température de grande sensibilité et de grande précision. Le capteur selon la présente invention comprend une fibre optique multimode de préférence à saut d'indice du type, par exemple, connu sous la denomination "PCS 200" réalisée en silice et silicone. En référence à la figure, le capteur selon l'invention se compose d'une fibre optique 1 qui présente une longueur de liaison aller 2 avec un circuit d'exploitation 3 puis est conformée dans la partie sensible 4 du capteur selon un enroulement 5, de préférence circulaire, de plusieurs tours et revient par une autre longueur de liaison retour 6 vers le circuit d'exploitation. La sensibilité dépendra du nombre de tours de même que l'étendue de la gamme des mesures. L'enroulement 5 est plongé ou situé dans le milieu à surveiller. Il peut être fixé sur un support ou une paroi ou tenir par lui-même. dans le premier cas, on peut coller l'enroulement sur la face d'une paroi quelconque. Dans le deuxième cas, la fibre peut être rigidifiée et protégée par un revêtement approprié ou gainée ou enfilé dans un étui rigide. Pour certaines applications, les caractéristiques du milieu ne permettent pas un contact direct de celui-ci avec la fibre. On prévoit alors d'enfiler la fibre dans un étui rigide de protection conformé en enroulement, par exemple un tube fin de cuivre convenablement cintré en plusieurs spires. On examinera maintenant le circuit d'exploitation 3 dans lequel est monté le capteur décrit ci-dessus. A l'une des extrémités de la fibre, on injecte un faisceau de lumière émise par une source lumineuse quelconque 6, par exemple une diode électroluminescente 7, par l'intermédiaire d'un coupleur optique 8. A son autre extrémité, on recueille la quantité de lumière transmise par la fibre optique par l'intermédiaire d'un deuxième coupleur optique 9 lié à un photodétecteur 10 ou un coupleur optoélectronique qui en constitue un équivalent. Celui-ci est incorpore dans le montage électronique d'exploitation 3 permettant de déterminer et d'indiquer une correspondance entre la quantité de lumière transmise et la température au niveau de la partie sensible du capteur et de commander tout dispositif approprié. Ce circuit d'exploitation commande divers dispositifs d'actionnement ou d'avertissement référencés 11. I1 est bien entendu qu'au-delà des moyens décrits, diverses modifications évidentes et variantes simples entrent dans le cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1. Capteur de température à fibre optique, caractérisé en ce que l'on utilise une fibre optique multimode en modulation de modes et en ce que la partie sensible du capteur est constituée par un enroulement de plusieurs tours de ladite fibre optique plongé dans le milieu à surveiller. 2. Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fibre optique est à saut d'indice. 3. Capteur selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'enroulement de la partie sensible est circulaire. 4. Capteur selon les revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on injecte un faisceau de lumière émise par une source lumineuse quelconque (6), par exemple une diode électro-luminescente (7), par l'intermédiaire d'un coupleur optique (8), on recueille la quantité de lumière propagée par la fibre optique par l'intermédiaire d'un deuxième coupleur optique (9) lié à un photodétecteur (10) ou un coupleur optoélectronique incorporé dans un montage electronique d'exploitation (3) permettant de determiner et d'indiquer une correspondance entre la quantité de lumière transmise et la température au niveau de l'enroulement (5) capteur en vue de commander divers dispositifs d'actionnement ou d'avertissement reférences (11).