Brevet FR2686422A1 — publié le 19930723

Dispositif de traitement de signaux issus d'un capteur optique à effet Faraday. La présente invention concerne un dispositif de traitement de signaux issus d'un capteur optique à effet Faraday. Un capteur optique à effet Faraday, utilisé pour la mesure d'un courant électrique, comporte essentiellement un guide d'onde optique, tel qu'une fibre optique par exemple, entourant un conducteur électrique parcouru par le courant à mesurer, un polariseur conférant à l'onde optique d'entrée de ce guide une polarisation rectiligne déterminée, et un analyseur de polarisation qui décompose l'onde optique de sortie de ce guide, ayant une polarisation rectiligne déterminée, sur deux axes de référence orthogonaux de façon à obtenir, pour ladite onde optique de sortie, deux composantes, à partir desquelles, grâce à un dispositif de traitement approprié, il est possible de calculer l'angle dit de Faraday entre les directions de polarisation d'entrée et de sortie, et par conséquent le courant à mesurer. En théorie les amplitudes de ces deux composantes étant identiques, un tel calcul permet effectivement de déterminer cet angle, par application des règles de trigonométrie classiques. En pratique ces amplitudes sont cependant affectées de coefficients d'atténuation dûs au passage de ces divers signaux par les divers éléments de la chaine formée par ce capteur et par les éléments de son dispositif de traitement associé, tels que des moyens de conversion optique-électrique, situés en amont desdits moyens de calcul, et un problème se pose alors, qui est dû au fait que ces coefficients d'atténuation sont susceptibles de varier d'une composante à l'autre, auquel cas une mesure exacte de l'angle de Faraday n'est plus garantie. La présente invention a pour but de résoudre ce problème. La présente invention a pour objet un dispositif de traitement de signaux issus d'un capteur optique à effet Faraday et correspondant aux composantes, suivant deux axes de référence orthogonaux, de l'onde optique de sortie dudit capteur, ce dispositif comportant des moyens de calcul de l'angle dit de Faraday entre les directions de polarisation des ondes optiques d'entrée et de sortie dudit capteur, à partir desdits signaux, et étant essentiellement caractérisé en ce qu'il comporte, en amont desdits moyens de calcul, un amplificateur à gain réglable appliqué à l'un desdits signaux, et des moyens de commande du gain de cet amplificateur de façon à compenser une éventuelle différence d'amplitude desdits signaux à leur entrée dans lesdits moyens de calcul. D'autres objets et caractéristiques de la présente invention apparattront à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, faite en relation avec les dessins ci-annexés dans lesquels - la figure 1 est un rappel de la structure d'un capteur optique à effet Faraday, - la figure 2 est un diagramme vectoriel illustrant un exemple de décomposition de l'onde optique de sortie de ce capteur sur deux axes de référence orthogonaux; - la figure 3 est un schéma de principe d'un dispositif de traitement suivant l'invention, utilisable à titre d'exemple dans le cas de la décomposition vectorielle illustrée sur la figure 2; - la figure 4 est un schéma détaillé d'un exemple de réalisation des moyens suivant l'invention inclus dans un tel dispositif de traitement. On reconnait sur la figure 1 les différents éléments d'un capteur optique à effet Faraday mentionnés plus haut, à savoir - un guide d'onde optique 1 tel qu'une fibre optique par exemple entourant un conducteur de courant 2, - un polariseur d'entrée, 3, recevant une onde optique incidente d'intensité 10 et conférant à cette onde une polarisation rectiligne déterminée, - un analyseur de polarisation de sortie, 4, fournissant deux ondes optiques d'intensité respective I1 et 12 correspondant aux composantes, sur deux axes de référence orthogonaux, X'X et Y'Y, de l'onde optique de sortie du guide 1, cette onde optique de sortie ayant une polarisation rectiligne déterminée décalée d'un anglet par rapport à celle de l'onde optique d'entrée. Dans l'exemple de décomposition vectorielle illustré sur la figure 2, l'un de ces cas axes de référence, X'X, fait un angle de avec le vecteur champ électrique E de l'onde optique d'entrée. 4 o Le vecteur champ électrique Ef de l'onde optique de sortie faisant avec le vecteur Eo un angle #f égal à l'angle de Faraday, les composantes respectives E1- et E2 de ce vecteur Ef sur les axes de référence X'X et Y'Y s'écrivent El = Ef cos (#f + E2 = Ef sin (#f + # ) 4 soit, en intensités I1 = Io cos2 ##f+#/4 I2 = Io sin2 ( #f + 4 ou I1 = Io [ 1 + cos (2#f + #] 2 2 I2 = Io [ 1 - cos (2# f + #] 2 2 ou encore I1 = Io (1-sin (2#f)) (1) 2 I2 = Io (1 + sin (2 # f)) (2) 2 Ces relations ne sont cependant valables qu'en théorie, et s'décrivent en pratique I1 = C1# Io [1 -sin (2 #f)) (3) 2 I2 = C2. lo [1 + sin (2 #f)) (4) 2 où Cl et C2 représentent des coefficients d'atténuation susceptibles de varier d'une composante à l'autre, comme indiqué plus haut. Dans le schéma synoptique de la figure 3 on reconnaît les différents éléments d'un dispositif de traitement de signaux issus d'un tel capteur, à savoir - des moyens 5, 6 de conversion optique-électrique, constitués par exemple par des photodiodes, et recevant respectivement les signaux optiques d'intensité Il et I2, - des moyens 7, 8 d'amplification des signaux électriques issus de ces moyens de conversion, et des moyens 9 de calcul de l'angle de Faraday à partir des signaux électriques issus de ces moyens d'amplification. Dans l'exemple considéré ici, les moyens de calcul 9 comportent - des moyens 10 de calcul de la différence L = Il - I2, - des moyens li de calcul de la sommets Il +I2 - des moyens 12 de calcul du rapport - des moyens 13 pour déterminer l'angle # f à partir du rapport En théorie on a en effet, d'après les relations (1) et (2) # = Io sin 2 # f et = 1o d'où Suivant l'invention, pour compenser les éventuelles différences entre les coefficients C1 et C2 dans les relations (3) et (4) remplaçant, en pratique, les équations (1) et (2), différences dues par exemple à une différence de sensibilité des photodiodes de conversion optique-électrique 5 et 6 ou à une différence de gain des amplificateurs 7 et 8, l'un de ces amplificateurs (l'amplificateur 8 par exemple sur la figure 2) a un gain réglable, commandé par un circuit de commande 14 opérant en l'occurence à partir du signal issu des moyens 10 de calcul de la différence h , en vue de compenser ces éventuelles différences. Le principe de ce circuit de commande est basé sur l'observation qu'en cas d'identité des coefficients C1 et C2, le signal différence L est un signal alternatif de valeur moyenne nulle sur une durée relativement longue par rapport à la période du signal #f. On rappelle en effet que #f est un angle proportionnel au courant, qui est ici considéré comme étant un courant alternatif, de fréquence f égale par exemple à la fréquence du réseau, soit = = K.I sin wt, où K désigne un coefficient de proportionnalité déterminé et avec w=2 Un exemple de réalisation des amplificateurs 7 et 8 et du circuit de commande 14 est représenté sur la figure 4. Ce circuit de commande comporte ainsi un intégrateur 15 qui reçoit un signal différence issu des moyens de calcul 10. Ce signal différence est en l'occurence proportionnel à V1-V2, où V1 et V2 représentent les tensions de sortie de deux amplificateurs opérationnels qui constituent les amplificateurs 7 et 8 montrés sur la figure 3 et qui reçoivent respectivement les courants Iphl et Iph2 issus de photodiodes constituant les moyens de conversion optique-électrique référencés 5, 6 sur cette figure 3. Dans l'exemple illustré sur la figure 4, les tensions de sortie des amplificateurs 7 et 8 sont en outre amplifiées dans deux amplificateurs 7' et 8' ayant des gains identiques. La tension V1 est en l'occurence liée au courant Iphl par la relation V1 1 Iphl où R1 désigne une résistance de contre-réaction associée à 1 'amplificateur opérationnel correspondant. La tension V2 est en l'occurence liée au courant Iph2 par la relation :: V2 G.R2.IPh2 où R2 désigne une résistance de contre-réaction associée à l'amplificateur opérationnel 8 et où G désigne un gain réglable par le circuit de commande 14. Ce circuit de commande comporte en l'occurence un transistor à effet de champ 16 dont la tension grille-source VGS est égale à la tension de sortie de l'intégrateur 15, et dont la résistance drain-source est montée en parallèle avec la résistance de contre réaction R2, l'ensemble formé par les résistances Rds et R2 ainsi montées en parallèle étant, par une des ses bornes, mis à la masse, et par l'autre de ces bornes, connecté en série avec une résistance R3 elle-même connectée à la sortie de l'amplificateur 8. En supposant l'amplificateur 8 idéal le gain G s'exprime de la façon suivante R3 G=l+ Rds.R2 Rds + R2 Ainsi, lorsque la valeur moyenne obtenue en sortie de l'intégrateur 15 tend à s'éloigner de zéro, du fait d'une différence entre les coefficients C1 et C2, la résistance Rds tend, suivant le sens de variation de cette valeur moyenne, soit à réduire, soit au contraire à accroître, de façon correspondante, le gain G, et par conséquent la tension V2, de façon à ramener cette valeur moyenne à zéro. Comme illustré sur la figure 4 il est par ailleurs avantageusement inséré, entre les moyens de calcul 10 fournissant le signal différence k(V1-V2) et l'intégrateur 15, un circuit annexe 17 permettant d'éviter la prise en compte, par cet intégrateur, d'une éventuelle composante continue dûe à l'apparition de signaux apériodiques de la forme Ae-t/ venant se superposer au courant à mesurer, et détectés également par le capteur. Ce circuit annexe 17 comporte des moyens 18 de détection d'un tel signal apériodique, qui commandent le blocage d'un échantillonneur-bloqueur 19 disposé en amont de l'intégrateur 15, en cas de détection d'un tel signal apériodique. Les moyens de détection 18 comportent en l'occurence - un filtre passe-bas 20 recevant le signal différence k(V1-V2) et ayant une fréquence de coupure relativement basse permettant d'éliminer la fréquence f du courant à mesurer, - un filtre passe-haut 21 disposé en sortie de ce filtre passe-bas et ayant une fréquence de coupure relativement basse, permettant d'arrêter la composante continue et de ne conserver ainsi que le signal apériodique, - un comparateur 22 comparant le niveau de sortie du filtre passe-haut 21 à un niveau de référence VREF correspondant au niveau de sortie du filtre passe-haut 21 en cas de présence d'un tel signal apériodique. Le signal de sortie de ce comparateur 22 est utilisé pour commander l'échantillonneur-bloqueur 19, lequel reçoit en l'occurence le signal de sortie du filtre passe-bas 20. La constante de temps de l'intégrateur 15 sera, dans le cas général, choisie notablement supérieure à la fréquence du courant à mesurer (par exemple de l'ordre de lOs pour f= 50Hz); dans le cas de l'utilisation d'un tel circuit annexe, elle sera choisie notablement supérieure à la constante de temps a des signaux apériodiques (par exemple également de l'ordre de lOs pourra =120ms) afin d'éviter des à-coups dans la commande du transistor à effet de champ 16, au moment du déblocage de l'échantillonneur-bloqueur 19, faisant suite à la disparition d'un tel signal apériodique. REVENDICATIONS 1) Dispositif de traitement de signaux issus d'un capteur optique à effet Faraday et correspondant aux composantes, suivant deux axes de référence orthogonaux, de l'onde optique de sortie dudit capteur, dispositif comportant des moyens (9) de calcul de l'angle dit de Faraday entre les directions de polarisation des ondes optiques d'entrée et de sortie dudit capteur, à partir desdits signaux, caractérisé en ce qu'il comporte, en amont desdits moyens de calcul (9), un amplificateur à gain réglable (8) appliqué à l'un desdits signaux, et des moyens (14) de commande du gain de cet amplificateur de façon à compenser une éventuelle différence d'amplitude desdits signaux à leur entrée dans lesdits moyens de calcul. 2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de calcul comportant des moyens (10) de calcul d'un signal de différence entre lesdits signaux, ayant une valeur moyenne nulle en l'absence d'une telle différence d'amplitude, lesdits moyens de commande de gain comportent un intégrateur (15) recevant ledit signal de différence. 3) Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit amplificateur à gain réglable (8) étant un amplificateur opérationnel muni d'une résistance de contre réaction (R2), lesdits moyens de commande comportent une résistance réglable montée en parallèle avec ladite résistance de contre-réaction, l'ensemble formé par ces deux résistances ainsi montées en parallèle étant en outre monté en série avec une résistance (R3) disposée en sortie de cet amplificateur. 4) Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite résistance réglable est formée par la résistance drain-source d'un transistor à effet de champ (16) dont la tension grille-source est issue dudit intégrateur. 5) Dispositif selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que ledit capteur étant utilisé pour la mesure d'un courant électrique, ledit dispositif de traitement comporte en outre des moyens (17) pour éviter la prise en compte, par ledit intégrateur, de signaux apériodiques venant se superposer audit courant électrique. 6) Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits moyens pour éviter la prise en compte de signaux apériodiques comportent un échantillonneur-bloqueur (19) disposé en amont dudit intégrateur, et dont le blocage est commandé en cas de détection de tels signaux apériodiques par un circuit (18) de détection de signaux apériodiques. 7) Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit circuit (18) de détection de signaux apériodiques comporte un filtre passe-bas (20) recevant ledit signal de différence et dont la fréquence de coupure est déterminée pour éliminer la fréquence du courant à mesurer par ledit capteur, un filtre passe-haut (21) recevant le signal issu dudit filtre passe-bas et dont la fréquence de coupure est déterminée pour arrêter la composante continue et pour ne conserver qu'un tel signal apériodique, et un comparateur (22) comparant le niveau de sortie dudit filtre passe-haut à un niveau obtenu en cas de présence d'un tel signal apériodique.