Brevet FR2686707A1 — publié le 19930730

-1- Procédé d'obtention d'un capteur à fibre optique précontrainte et dispositif pour sa mise en oeuvre L'invention concerne un procédé d'obtention d'un capteur à fibre optique précontrainte et son dispositif de mise en oeuvre. On connaît un capteur à fibre optique précontrainte constitué de deux bandes métalliques engainant une fibre optique, les bandes étant fixés l'une à l'autre selon leurs bords latéraux pour constituer une gaine exerçant une précontrainte radiale sur la fibre optique La précontrainte est due à la pression exercée sur la fibre par les bandes métalliques tendues transversalement avant leur fixation Un tel capteur peut être utilisé pour le contrôle du trafic routier On le dispose alors transversalement à la route. Pour réaliser ce capteur, on peut typiquement employer une fibre optique de 125 jim de diamètre, des bandes métalliques de 70 à 80 t m d'épaisseur pour une largeur de 1 cm et une longueur d'environ 4 m La fixation des bandes métalliques entre elles selon leurs bords latéraux assure la précontrainte de la fibre optique Cette fixation est réalisée de manière connue par collage. Cependant, la fiabilité du capteur est fonction de la variation de la précontrainte exercée sur la fibre optique et la fixation par collage ne permet pas d'obtenir une précontrainte uniforme sur toute la longueur du capteur Ceci est dû aux faibles épaisseurs des bandes métalliques et de la fibre optique. La fixation des bandes entre elles par une soudure latérale effectuées à partir d'une face de la gaine induit des déformations, des dissymétries et donc des modifications de l'état de précontrainte Il faut, pour que la précontrainte soit uniforme et symétrique, que la liaison des bandes soit continue et régulière. Pour pallier ces inconvénients, on propose selon la présente invention d'obtenir la fixation des deux bandes entre elles par soudage selon les tranches des bandes après que les bords latéraux des bandes aient été superposés et que les tranches aient été alignées Pour éviter toute dissymétrie ou déformation, le soudage est réalisé simultanément des deux côtés des bandes et avec le même apport d'énergie. -2- L'invention a donc pour objet un procédé d'obtention d'un capteur à fibre optique précontrainte, le capteur comportant deux bandes métalliques superposées engainant une fibre optique, les. bandes étant fixées l'une à l'autre selon leurs bords latéraux pour constituer une gaine exerçant une précontrainte sur la fibre optique, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend: une étape de superposition des bords latéraux des bandes avec alignement des tranches des bandes et application de la précontrainte sur la fibre optique, une étape de soudure des bandes entre elles selon leurs tranches après superposition des bords latéraux, le soudage étant réalisé simultanément de chaque côté des bandes et avec le même apport d'énergie. Le soudage est avantageusement réalisé par des faisceaux laser Le soudage laser est en effet très approprié aux faibles épaisseurs des bandes métalliques. Les faisceaux laser sont de préférence obtenus par dédoublement d'un faisceau laser primitif Ceci permet de procurer facilement des faisceaux d'égale énergie. Les faisceaux laser sont de préférence pulsés ce qui permet de bien contr 8 ler l'épaisseur de soudure. L'invention a aussi pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé indiqué ci-dessus, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de superposition des bords latéraux des bandes et d'application de la précontrainte, des moyens d'alignement des tranches des bandes, des moyens permettant la soudure simultanée des tranches de chaque côté des bandes. Les moyens de superposition des bords latéraux des bandes et d'application de la précontrainte peuvent comprendre des galets de pressage des bords latéraux des bandes Ces galets peuvent être situés de part et d'autre de l'ensemble constitué par les deux bandes métalliques. Le dispositif peut comprendre en outre au moins un galet de maintien de la fibre optique. Les moyens d'alignement peuvent comprendre des rouleaux, entre -3- lesquels défilent les bandes métalliques. L'invention a enfin pour objet un capteur à fibre optique précontrainte constitué de deux bandes métalliques superposées engainant une fibre optique, les bandes étant fixées l'une à l'autre selon leurs premiers bords latéraux et selon leurs seconds bords latéraux par des moyens de fixation pour constituer une gaine exerçant une précontrainte sur la fibre optique, caractérisé en ce que lesdits moyens de fixation sont constitués par des soudures continues réalisées sur les tranches alignées des bandes métalliques et faites de chaque c 8 té des bandes avec le même apport d'énergie. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages et particularités apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, accompagnée des dessins annexés parmi lesquels: la figure 1 est une vue en coupe transversale d'un capteur à fibre optique précontrainte, les figures 2 et 3 sont des vues respectivement de dessus et de c 8 té d'une partie du dispositif selon l'invention, la figure 4 représente une première variante du système de soudure laser utilisable dans le cadre de l'invention, la figure 5 représente une seconde variante du système de soudure laser utilisable dans le cadre de l'invention. Un capteur à fibre optique précontrainte, tel que celui représenté en coupe transversale à la figure 1, comprend une fibre optique 1 placée au centre d'une gaine constituée par les deux bandes métalliques 2 et 3 fixées entre elles selon leurs bords latéraux Ainsi le bord latéral 21 de la bande 2 est fixé au bord latéral 31 de la bande 3 et le bord latéral 22 de la bande 2 est fixé au bord latéral 32 de la bande 3 Cette fixation est faite de façon à assurer une précontrainte sur la fibre optique 1 La fibre optique et les bandes métalliques peuvent avoir les dimensions citées plus haut Les bandes métalliques peuvent être en acier inoxydable. Selon l'invention, les bandes métalliques 2 et 3 sont soudées -4- entre elles par des soudures développées à partir de leurs tranches qui sont, pour chaque côté, alignées Ainsi la tranche 23 de la bande 2 est alignée avec la tranche 33 de la bande 3 et la tranche 24 de la bande 2 est alignée avec la tranche 34 de la bande 3. Etant donné les faibles épaisseurs des bandes métalliques, la soudure laser est la méthode de soudage la plus appropriée Un faisceau laser pulsé à l'avantage de permettre un contr 8 le aisé de l'épaisseur de soudure par rapport à un faisceau laser continu. L'utilisation de la méthode de soudage laser implique néanmoins certaines précautions. Pour avoir une bonne soudure et éviter de détruire la fibre, il faut que le jeu pouvant exister entre les bords à réunir soit minimal En effet, si le faisceau laser de soudage arrive à passer entre deux bords à réunir, il peut altérer et même détruire la fibre optique. Le dispositif selon l'invention pour la mise en oeuvre du procédé permet de réaliser des soudures sur tranches sans risque pour la fibre optique. Les figures 2 et 3 illustrent le positionnement des bandes métalliques et de la fibre optique en vue du soudage laser Les bandes 2 et 3 sont dévidées de leurs bobines support et entraînées par des galets de pressage supérieurs 11 et inférieurs 12 placés en bordure des bandes Ces galets de pressage assurent la superposition des bords latéraux des bandes et induisent une tension transversale aux bandes Il peut y avoir deux galets supérieurs et deux galets inférieurs, les axes de ces galets étant situés tous dans le même plan transversal par rapport aux bandes qui défilent horizontalement Etant donné que les soudures se feront à proximités des galets de pressage, ceux-ci sont de préférence en céramique, matière qui résiste bien à la température. La périphérie des galets de pressage destinée à venir en contact avec les bandes peut être plate ou biseautée. La distance séparant les galets de pressage des tranches des bandes peut être de quelques dixièmes de millimètres Les galets supérieurs peuvent être montés sur des axes fixes et les galets -5- inférieurs sur des axes amortis. La fibre optique 1 peut être maintenue en position centrale par des galets de maintien 13 placés au-dessus et en-dessous de la fibre et selon les mêmes axes que les galets de pressage Il et 12. La périphérie des galets de maintien peut être pourvue d'une gorge pour assurer un meilleur maintien Les galets de maintien, par exemple en acier, permettent de toujours assurer une précontrainte sur la fibre La fibre optique est entraînée entre les bandes métalliques par tirage et/ou par le mouvement de rotation imposé aux galets de maintien Les galets de pressage et de maintien peuvent être entraînés par des axes communs. L'alignement des tranches peut être obtenu par des rouleaux amont 14 et aval 15 animés d'un mouvement de rotation La soudure s'effectuant entre les rouleaux amont et aval, il est préférable que les rouleaux aval possèdent une rainure transversale facilitant le passage des excroissances dues à la soudure. Les vitesses de rotation des galets de pressage et de maintien ainsi que des rouleaux peuvent être harmonisées pour que les vitesses linéaires de leurs points de contact avec les bandes métalliques soient les mêmes Ceci peut être obtenu de manière connue à partir d'un moteur commun. La soudure des tranches est réalisée entre les galets de pressage 11 et 12 pour obtenir des filets de soudure 4 Elle est réalisée au moyen des faisceaux laser 5 et 6. Le soudage est réalisé simultanément sur les deux tranches au moyen de deux faisceaux laser de mêmes caractéristiques optiques, obtenus par dédoublement d'un faisceau laser pulsé issu d'une source CO 2 ou Nd: YAG. Selon la figure 4, le transport du faisceau et son dédoublement peuvent être réalisés par un système à miroirs Ce système à miroirs est utilisé avec un laser CO 2 (longueur d'onde ,6 Lm) Le laser 40 émet un faisceau 41 qui est partagé par le miroir diviseur 42 en deux faisceaux identiques 43 et 44 qui sont dirigés par des miroirs 45, 46, 47 et 48 vers les lentilles de focalisation 7 et 8 Les lentilles 7 et 8 focalisent les faisceaux -6laser sur les tranches des bandes métalliques, de chaque c 8 té de celles-ci. L'utilisation de miroirs implique des positionnements précis. On peut s'affranchir de ces problèmes de positionnement en utilisant un laser Nd: YAG (longueur d'onde 1,06 t Lm) comme représenté à la figure 5 Dans ce cas, le laser 50 émet un faisceau qui est partagé en deux faisceaux identiques au moyen d'un séparateur 51 placé directement en sortie du laser Ces faisceaux sont ensuite véhiculés par deux fibres optiques 52 et 53 vers des optiques 54 et 55 qui font diverger les faisceaux lumineux vers les lentilles de localisation 9 et 10 qui focalisent les faisceaux laser sur les tranches des bandes métalliques, de chaque côté de celles-ci. -7- REVENDICATIONS 1) Procédé d'obtention d'un capteur à fibre optique précontrainte, le capteur comportant deux bandes métalliques ( 2, 3) superposées engainant une fibre optique ( 1), les bandes étant fixées l'une à l'autre selon leurs bords latéraux ( 21, 31 et 32, 34) pour constituer une gaine exerçant une précontrainte sur la fibre optique, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend: une étape de superposition des bords latéraux des bandes avec alignement des tranches ( 23, 33 et 24, 34) des bandes et application de la précontrainte sur la fibre optique, une étape de soudure des bandes entre elles selon leurs tranches après superposition des bords latéraux, le soudage étant réalisé simultanément de chaque c 8 té des bandes et avec le même apport d'énergie. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le soudage est réalisé par des faisceaux laser ( 43, 44). 3) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits faisceaux laser ( 43, 44) sont obtenus par dédoublement d'un faisceau laser primitif ( 41). 4) Procédé selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que les faisceaux laser sont pulsés. ) Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de superposition des bords latéraux des bandes et d'application de la précontrainte, des moyens d'alignement des tranches des bandes, des moyens permettant la soudure simultanée des tranches de chaque côté des bandes. 6) Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de superposition des bords latéraux des bandes et d'application de la précontrainte comprennent des galets de pressage ( 11, 12) des bords latéraux des bandes. 7) Dispositif selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que les galets de pressage des bords latéraux des bandes comprennent des galets situés de part et d'autre de l'ensemble constitué par les deux bandes métalliques. -8- 8) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins un galet de maintien ( 13) de la fibre optique. 9) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que les moyens d'alignement comprennent des rouleaux ( 14, 15) entre lesquels défilent les bandes métalliques. ) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 9, caractérisé en ce que les moyens de soudure comprennent un laser ( 40) délivrant un faisceau primitif ( 41) qui est dédoublé en deux faisceaux ( 43, 44) d'égale énergie. 11) Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que le dédoublement du faisceau primitif est obtenu par un système à miroirs ( 42, 45, 46, 47, 48). 12) Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que le dédoublement du faisceau primitif est obtenu par un système à fibres optiques ( 52, 53). 13) Capteur à fibre optique précontrainte constitué de deux bandes métalliques ( 2, 3) superposées engainant une fibre optique ( 1), les bandes étant fixées l'une à l'autre selon leurs premiers bords latéraux ( 21, 31) et selon leurs seconds bords latéraux ( 22, 32) par des moyens de fixation pour constituer une gaine exerçant une précontrainte sur la fibre optique, caractérisé en ce que lesdits moyens de fixation sont constitués par des soudures continues réalisées sur les tranches ( 23, 33 et 24, 34) alignées des bandes métalliques et faites de chaque c 8 té des bandes avec le même apport d'énergie.