Brevet FR2692038A1 — publié le 19931210

La présente invention concerne un dispositif détecteur de contraintes à fibres optiques, notamment bien que non exclusivement un détecteur de vibrations ou de température. On connaît des dispositifs détecteurs de contraintes comportant une fibre optique multimode ayant une première extrémité associée à un organe d'émission de lumière et une seconde extrémité associée à un organe d'analyse. On sait en effet que le couplage entre les différents modes transmis par la fibre multimode varie en fonction des contraintes auxquelles la fibre multimode est soumise, que ces contraintes soient des contraintes de vibrations, ou des variations de température, la fibre optique étant dans ce cas recouverte d'un revêtement métallique. Dans les dispositifs existants, la fibre optique multimode sert non seulement d'organe sensible à l'endroit précis où l'on souhaite capter les contraintes, mais également d'organe de transport de signal d'une part entre l'organe d'émission de lumière et la partie sensible du détecteur, et d'autre part entre la partie sensible du détecteur et l'organe d'analyse. Dans la partie servant au transport, la fibre optique multimode est également soumise aux contraintes environnantes de sorte que le signal qui parvient à l'organe d'analyse contient du bruit qui est d'autant plus important que la partie de liaison en fibre optique multimode est plus longue ou est soumise à un environnement perturbant. Selon l'invention, on propose un dispositif détecteur de contraintes comportant un tronçon de fibre optique multimode ayant une première extrémité associée à un organe démission de lumière et une seconde extrémité associée à un organe d'analyse, et au moins un organe de transport de signal insensible aux contraintes à détecter disposé entre une extrémité du tronçon de fibre optique multimode et un organe associé à cette extrémité. Ainsi, le signal généré par le tronçon de fibre optique multimode n'est pas altéré lors de son transport et l'on augmente donc de façon considérable le rapport signal / bruit du dispositif détecteur de contraintes. Selon une première version de l'invention, l'organe de transport de signal comporte au moins une fibre optique monomode ayant une extrémité en regard de la première extrémité du tronçon de fibre optique multimode et assurant une liaison avec l'organe d'émission de lumière. De préf éren- ce, l'organe de transport comporte également au moins une fibre optique monomode assurant une liaison avec l'organe d'analyse, et ayant une extrémité en regard de la seconde extrémité du tronçon de fibre optique multimode de façon qu'une partie seulement d'un faisceau de lumière issu de la fibre optique monomode soit reçue par 1' extrémité de la fibre optique monomode. Ainsi, la fibre optique monomode assure non seulement le transport du signal généré par le tronçon de fibre optique multimode mais également une sélection d'une partie du faisceau sortant de la seconde extrémité du tronçon de fibre optique multimode de sorte que le signal lumineux transporté par la fibre optique monomode a une intensité variable qui est directement représentative des contraintes auxquelles le tronçon de fibre optique multimode est soumis. Selon un mode de réalisation préféré de cette version de l'invention, l'extrémité de fibre optique monomode en regard de la seconde extrémité du tronçon de fibre optique multimode est décalée latéralement, et de préférence axialement par rapport à celle-ci. Ainsi la partie de faisceau sélectionnée est aisément déterminée par le positionnement de l'extrémité de la fibre optique monomode par rapport à la seconde extrémité de la fibre multimode quelle que soit la section de la fibre monomode. Selon une seconde version de l'invention, le dispositif comporte un organe convertisseur de signal électrique en lumière associé à la première extrémité du tronçon de fibre optique multimode et l'organe de transport de signal comporte une ligne électrique reliant l'organe convertisseur à un générateur de signaux électriques, et de préférence un organe convertisseur de lumière en signal électrique disposé au voisinage de la seconde extrémité du tronçon de fibre optique multimode de façon qu'une partie seulement d'un faisceau de lumière issu de la seconde extrémité du tronçon de fibre optique multimode soit reçue par l'organe convertisseur de lumière en signal électrique, et l'organe de transport comporte un fil électrique reliant l'organe convertisseur à l'organe d'analyse. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit de deux modes de réalisation particuliers non limitatifs de l'invention en relation avec les figures ci-jointes parmi lesquelles - la figure 1 est une représentation schématique d'une première version du dispositif selon l'invention, - la figure 2 est une représentation schématique d'une seconde version du dispositif selon l'invention. En référence à la figure 1, le dispositif détecteur de contraintes selon l'invention comporte un tronçon de fibre optique multimode 1 en forme de boucle ayant une première extrémité 2 et une seconde extrémité 3 portées par un boîtier 4. Les extrémités 2 et 3 du tronçon de fibre optique multimode 1 débouchent dans une cavité 5 du boîtier 4. La paroi interne du boîtier 4 comporte un revêtement absorbant pour la lumière utilisée, par exemple du noir de carbone dans le cas d'une lumière infrarouge. La première extrémité 2 du tronçon de fibre optique multimode 1 est associée par un organe de transport de signal 7 à un organe d'émission de lumière 6, par exemple une diode laser reliée à un dispositif électronique. L'organe de transport est formé d'une ou plusieurs fibres optiques monomode 7 ayant une extrémité accolée à la première extrémité 2 du tronçon de fibre optique multimode et une extrémité opposée accolée à l'organe d'émission de lumière 6. La seconde extrémité 3 du tronçon de fibre optique multimode 1 est associée par un organe de transport de signal 9 à un organe d'analyse 8, par exemple une photodiode ou phototransistor associé à un circuit électronique d'analyse. L'organe de transport 9 est formé d'une ou plusieurs fibres optiques monomode ayant une extrémité en regard de la seconde extrémité du tronçon de fibre optique multimode 1 et une extrémité accolée au dispositif d'analyse 8. Comme illustré sur la figure 1, l'extrémité de la fibre optique monomode 9 en regard de la seconde extrémité 3 du tronçon de fibre optique multimode 1 est de préférence décalée latéralement et axialement par rapport à celle-ci de sorte que 1' extrémité de la fibre optique monomode 9 débouche dans le faisceau 10 issu de la seconde extrémité 3 de la fibre multimode 1 à la périphérie de ce faisceau et sélectionne ainsi une portion du faisceau qui est particulièrement significative des contraintes auxquelles le tronçon. de fibre optique multimode 1 est soumis. Bien entendu, sans sortir du cadre de l'invention, on peut disposer l'extrémité de la fibre optique monomode 9 dans l'axe de la seconde extrémité 3 du tronçon de fibre optique multimode 1. Dans ce cas, on doit veiller à ce que la section de la fibre optique monomode ou du faisceau de fibres optiques monomode 9 soit inférieure à la section du faisceau 10 auquel cette extrémité est soumise afin qu'une partie seulement de la lumière issue de la seconde extrémité 3 du tronçon de fibre multimode 1 soit prise en compte par l'organe d'analyse. On peut également accoler la fibre optique monomode 9 à la seconde extrémité 3 du tronçon de fibre optique multimode et il est alors possible de supprimer la cavité 5. La figure 2 illustre un second mode de réalisation de l'invention pour lequel les éléments identiques aux éléments de la figure 1 portent les mêmes références numériques. De même que dans la figure 1, le détecteur comporte un tronçon de boucle de fibre optique multimode 1 ayant des extrémités 2 et 3 portées par un boîtier 4. Dans ce mode de réalisation, l'organe d'émission proprement dit 11 tel qu'une diode laser est séparé de l'organe de commande d'émission de lumière 12, l'organe d'émission 11 étant porté par le boîtier 4 et relié à l'organe de commande 12 par une ligne électrique 13. De même, l'organe de sélection 14 d'une partie du faisceau de lumière 10 issu de la seconde extrémité 3 du tronçon de fibre optique multimode 1 est porté par le boîtier 4 en regard de cette extrémité et est relié à un circuit électronique d'analyse 15 par une ligne électrique 16. Là encore cet organe de sélection peut être accolé à la deuxième extrémité 3, auquel cas il n'y a pas de cavité 5 à l'inte- rieur du boîtier 4. On remarquera que les fibres optiques monomodes, ou les faisceaux de fibres optiques monomodes, 7 et 9, ainsi que les fils électriques 13 et 16 sont insensibles aux vibrations, c'est-à-dire qu'ils transmettent un signal qui leur est fourni sans modifier celui-ci même si ils sont soumis à des vibrations. Le signal qui atteint organe d'analyse 8 ou 15 est donc directement représentatif des contraintes auxquelles le tronçon de boucle de fibres optiques multimode 1 est soumis de sorte que l'on obtient un rapport signal / bruit très favorable. Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et on peut y apporter des variantes de réalisation sans sortir du cadre de l'invention tel que défini par les revendications. En particulier, bien que la fibre optique monomode 7 et l'organe d'émission de lumière 11 aient été représentés accolés à la première extrémité 2 du tronçon de fibres optiques multimodes, ils peuvent être légèrement décalés de cette extrémité. On peut également prévoir tant en association avec la première extrémité qu'avec la seconde extrémité du tronçon de fibres optiques multimodes des organes de concentration ou de diffusion de lumière tels que des lentilles sphériques ou cylindriques. En outre, bien que la partie sensible du détecteur de contrainte selon l'invention ait été représentée sous forme d'une simple boucle, la forme du tronçon de fibres optiques multimodes peut être variée en fonction de lutili- sation et le tronçon de fibre optique multimode peut également être associé à un organe sensible en fonction du type de détection souhaité, par exemple pour un microphone le tronçon de fibres optique multimode sera de préférence associé à une membrane, le cas échéant chargée d'une masse additionnelle pour sélectionner une gamme de fréquence des vibrations, tandis que pour réaliser un capteur de température, le tronçon de fibre optique multimode sera métallisé et éventuellement protégé par un matériau approprié dans le cas d'un capteur haute température. REVENDICATIONS 1. Dispositif détecteur de contraintes comportant un tronçon de fibre optique multimode (1) ayant une première extrémité (2) associée à un organe démission de lumière (6; 12), et une seconde extrémité (3) associée à un organe d'analyse (8 ; 15) caractérisé en ce qu'il comporte au moins un organe de transport de signal (7, 9 ; 13, 16) insensible aux contraintes à détecter disposé entre une extrémité (2,3) du tronçon de fibre optique multimode et un organe (6,8 16,15) associé à cette extrémité. 2. Dispositif détecteur de contraintes selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe de transport de signal comporte au moins une fibre optique monomode (7) ayant une extrémité en regard de la première extrémité (2) du tronçon de fibre optique multimode (1) et assurant une liaison avec l'organe d'émission de lumière (6). 3. Dispositif détecteur de contraintes selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe de transport comporte au moins une fibre optique monomode (9) assurant une liaison avec l'organe d'analyse (8), et ayant une extrémité en regard de la seconde extrémité (3) du tronçon de fibre optique multimode (1) de façon qu'une partie seulement d'un faisceau de lumière (10) issu de la seconde extrémité (3) du tronçon de fibre optique multimode (1) soit reçue par l'extrémité de la fibre optique monomode (9). 4. Dispositif détecteur de contraintes selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'extrémité de fibre optique monomode (9) en regard de la seconde extrémité (3) du tronçon de fibre optique multimode (1) est décalée lateralement par rapport à celle-ci. 5. Dispositif détecteur de contraintes selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'extrémité de fibre optique monomode (9) en regard de la seconde extrémité (3) du tronçon de fibre optique multimode (1) est décalée axialement par rapport à celle-ci. 6. Dispositif détecteur de contraintes selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un organe convertisseur de signal électrique en lumière (11) associé à la première extrémité du tronçon de fibre optique multimode (1) et en ce que l'organe de transport de signal comporte une ligne électrique (13) reliant l'organe convertisseur (11) à un générateur de signaux électriques (12). 7. Dispositif détecteur de contraintes selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un organe convertisseur de lumière en signal électrique (14) disposé au voisinage de la seconde extrémité (3) du tronçon de fibre optique multimode (1) de façon qu'une partie seulement d'un faisceau de lumière (10) issu de la seconde extrémité (3) du tronçon de fibre optique multimode (1) soit reçue par l'organe convertisseur de lumière en signal électrique (14), et en ce que l'organe de transport comporte un fil électrique (16) reliant l'organe convertisseur (14) à l'organe d'analyse (15). 8. Dispositif détecteur de contraintes selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'organe convertisseur de lumière en signal électrique (14) en regard de la seconde extrémité (3) du tronçon de fibre optique multimode (1) est décalé latéralement par rapport à celle-ci. 9. Dispositif détecteur de contraintes selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'organe convertisseur de lumière en signal électrique (14) en regard de la seconde extrémité (3) du tronçon de fibre optique multimode (1) est décalé axialement par rapport à celle-ci. 10. Dispositif détecteur de contraintes selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la seconde extrémité (3) du tronçon de fibre optique multimode (1) et l'organe de transport (9 ; 16) qui lui est associé, sont portés par un boîtier ayant une paroi interne comportant un revêtement absorbant pour la lumière utilisee.