Brevet FR2700612A1 — publié le 19940722

DISPOSITIF DE DEROULEMENT RAPIDE D'UNE FIBRE OPTIQUE BOBINEE ET SON APPLICATION A UN BANC DE MESURES SUR UNE FIBRE OPTIQUE EN DEROULEMENT. DESCRIPTION L'invention concerne un dispositif permettant d'effectuer le déroulement à très grande vitesse d'une fibre optique bobinée, de façon à simuler le déroulement de la fibre optique lors du tir d'un engin fibroguidé. L'invention concerne également l'application d'un tel dispositif à un banc de mesures destiné à étudier l'influence du déroulement de la fibre optique sur la transmission des signaux optiques qui cheminent dans cette fibre, lors du tir d'un engin fibroguidé, et notamment lors de période transitoires telles que la mise à feu. Compte tenu du coût d'un tir d'engin, il est souhaitable de pouvoir disposer d'un dispositif permettant de simuler le déroulement d'une fibre optique bobinée qui se produit lors du tir d'un engin fibroguidé, afin que des mesures puissent être effectuées dans des conditions analogues à celles d'un tir réel, sans entraîner à chaque fois la perte d'un engin. Dans l'état actuel de la technique, on connaît deux dispositifs permettant d'effectuer le déroulement rapide d'une fibre optique bobinée. Dans un premier dispositif, l'une des extrémités de la fibre est enroulée sur un tambour, lui-même entraîné par un moteur au travers d'un embrayage. Ce dispositif présente l'inconvénient de nécessiter un enroulement de la fibre sur un tambour pour dévider la bobine. Cela conduit à appliquer sur la fibre des contraintes supplémentaires, qui n' existent pas lors d'un tir effectif. De plus, ce dispositif ne permet d'avoir accès qu'à une seule extrémité de la fibre optique. La seule technique utilisable pour effectuer des mesures optiques est donc la réflectométrie.Cependant, lorsqu'on veut mesurer l'atténuation et/ou localiser des discontinuités éventuelles dans la transmission des signaux optiques avec une bonne précision, cette technique nécessite une intégration des signaux de mesure sur des durées dont les valeurs ne sont pas compatibles avec les vitesses de déroulement très élevées de la fibre qui se produisent lors du tir d'un engin fibroguidé (ces vitesses sont d'environ 180 m/sec., avec un temps maximum de montée en vitesse d'environ 2 secondes). Dans un deuxième dispositif connu, l'une des extrémités de la fibre est également enroulée sur le tambour, mais un contact optique tournant permet de faire des mesures en transmission. Comme dans le premier dispositif, des contraintes - différentes pour chaque essai - sont appliquées sur la fibre, du fait de son enroulement sur le tambour. Les mesures ne sont donc ni répétitives, ni représentatives de la réalité. L'invention a précisément pour objet un dispositif permettant d'assurer le déroulement à très grande vitesse d'une fibre optique, à partir d'une bobine identique à celles qui sont utilisées dans les engins fibroguidés, en autorisant l'accès aux deux extrémités de la fibre optique et d'une manière conforme à la réalité, ce qui permet de réaliser des mesures d'atténuation et de localiser des discontinuités éventuelles sur la fibre avec une bonne précision quelle que soit la vitesse de déroulement de la fibre et notamment lorsque cette vitesse atteint des valeurs très élevées comparables à celles qui existent lors d'un tir d'engin fibroguidé. Conformément à l'invention, ce résultat est obtenu au moyen d'un dispositif de déroulement rapide d'une fibre optique bobinée, apte à permettre des mesures dans des conditions simulant un tir d'engin fibroguidé, caractérisé par le fait qu'il comprend - un support apte à recevoir une bobine de fibre optique à tester, de façon non rotative, autour d'un axe déter miné - une poulie d'entraînement menante et une poulie d'en traînement menée, tangentes l'une à l'autre selon une direction sensiblement confondue avec ledit axe ; et - un moteur d'entraînement actionnant la poulie d'entrai nement menante, de façon à entraîner et à guider la fi bre optique entre les poulies, dans un sens correspondant au déroulement de la bobine. Dans une forme de réalisation préférentielle de l'invention, le bord périphérique d'au moins l'une des poulies présente en section des flancs latéraux de guidage de la fibre optique et le bord périphérique d'au moins l'une des poulies est réalisé en un matériau élastomère assurant l'entraînement de la fibre optique aux très grandes vitesses que l'on désire simuler. Les deux caractéristiques qui précèdent peuvent notamment être obtenues en équipant la poulie d'entraînement menante d'un bandage périphérique en un matériau élastomère, dans lequel sont usinés les flancs latéraux de guidage de la fibre optique. Afin d'assurer l'efficacité de l'entraînement de la fibre optique, notamment lors des périodes transitoires de forte accélération telles que celles qui correspondent à la mise à feu de l'engin, le moteur d'entraînement est avantageusement en prise directe sur la poulie d'entraînement menante. Pour la même raison, l'inertie globale du dispositif est réduite en donnant à la poulie d'entraînement menée un diamètre inférieur à celui de la poulie d'entrainement menante. Afin d'éviter que des phénomènes de résonance ne se produisent sur la fibre optique entre le support portant la bobine et les poulies d'entraînement, des moyens de guidage de la fibre optique, constitués par exemple par des anneaux espacés de façon irrégulière, sont prévus dans cette partie du dispositif. L'invention a également pour objet un banc de mesure constituant une application préférentielle du dispositif de déroulement rapide conforme à l'invention. En plus de ce dispositif de déroulement rapide, le banc de mesure comprend des moyens de mesure couples aux deux extrémités de la fibre optique et comportant avantageusement un analyseur de réseau photonique. Afin de vérifier l'aspect totalement symétrique de la liaison optique assurée par la fibre, l'analyseur de réseau photonique est de préférence couplé aux deux extrémités de la fibre optique au travers de moyens de commutation aptes à inverser le sens de circulation dans la fibre optique de signaux délivrés par l'analyseur de réseau photonique. On décrira à présent, à titre d'exemple non limitatif, un dispositif de déroulement rapide d'une fibre optique bobinée ainsi qu'un banc de mesure utilisant un tel dispositif, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 est une vue de côté représentant schématiquement un dispositif de déroulement rapide d'une fibre optique bobinée, réalisé conformément à l'invention - la figure 1A est une vue en coupe agrandie selon la ligne A-A de la figure 1 ; et - la figure 2 représente un banc de mesure incorporant le dispositif de la figure 1. Dans la forme de réalisation illustrée sur la figure 1, le dispositif de déroulement rapide d'une fibre optique bobinée comporte un premier bâti 10 reposant sur le sol. Ce bâti 10 porte un support 12 en forme de mandrin, sur lequel peut être montée une bobine 14 de fibre optique dont on désire tester l'évolution des caractéristiques optiques lors de son déroulement à très grande vitesse, notamment au cours des phases transitoires correspondant au début du déroulement et à l'inversion du sens de déroulement de la fibre optique 16 sur la bobine 14. Le support 12 portant la bobine 14 est agencé de telle sorte que l'axe de la bobine soit sensiblement horizontal. De plus, la bobine 14 est montée sur le support 14 par des moyens de fixation (non représentés) interdisant toute rotation de la bobine autour de cet axe. Par ailleurs, le support 12 est monté sur le bâti 10 par l'intermédiaire d'une structure élastique (non représentée) autorisant certains débattements angulaires de la bobine 14 par rapport audit axe sensiblement horizontal tout en ramenant automatiquement l'axe de la bobine sur cet axe. Cette caractéristique permet de reproduire les variations de trajectoire aléatoires d'un engin fibroguidé. Le dispositif de déroulement rapide illustré sur la figure 1 comprend également un deuxième bâti 18 reposant sur le sol indépendamment du bâti 10 et sur lequel sont montées l'un au-dessus de l'autre deux poulies d'entraînement 20 et 22 tangentes l'une à l'autre. L'emplacement occupé par le bâti 18 par rapport au bâti 10 ainsi que la position des bobines 20 et 22 sur le bâti 18 sont tels que la tangente aux poulies d'entraînement 20 et 22 est orientée selon une direction sensiblement confondue avec l'axe de la bobine 14 lorsque celle-ci est montée sur son support 12. La poulie d'entraînement inférieure 20 constitue une poulie d'entraînement menante dont l'axe horizontal est solidaire de l'arbre de sortie d'un moteur d'entraînement 24 supporté par le bâti 18. Le moteur 24 est un moteur électrique analogue aux moteurs qui équipent les machines outils. La poulie d'entraînement supérieure 22 constitue au contraire une poulie d'entraînement menée supportée par le bâti 18, par l'intermédiaire de paliers à grande vitesse, de façon à pouvoir tourner librement autour de son axe horizontal. La poulie d'entraînement menante 20 est une poulie de grand diamètre réalisée en un matériau léger et de très grande résistance tel qu'un matériau composite à base de fibres de carbone. Cependant, afin d'assurer l'entraînement sans glissement de la fibre optique 16 ainsi que le guidage latéral de cette fibre, la poulie d'entraînement menante 20 comporte un bandage périphérique 26, réalisé en un matériau élastomère tel que du caoutchouc et dont le bord périphérique extérieur 28 est usiné de façon à former deux flancs latéraux 30 (figure 1A). La profondeur de la gorge séparant les flancs latéraux 30 est légèrement inférieure au diamètre de la fibre optique 16 à entraîner, ce diamètre étant généralement d'environ 250 m. Le bandage périphérique 26 est avantageusement fixé par collage dans une gorge formée dans le bord périphérique de la poulie d'entraînement menante 20. La dureté du matériau élastomère constituant le bandage 26 présente une valeur intermédiaire choisie, d'une part, afin d'éviter que la fibre optique 16 ne reste collée au bord périphérique 28 en aval des poulies d'entraînement 20 et 22 et, d'autre part, afin d'éviter tout risque de glissement de la fibre optique entre les roues ou tout endommagement de la fibre par écrasement. La poulie d'entraînement menée 22 est avantageusement une poulie de petit diamètre, très inférieur à celui de la poulie d'entraînement menante 20. Cette caractéristique permet de rendre aussi faible que possible l'inertie globale du dispositif. Ainsi, le temps de montée en vitesse nécessaire pour atteindre une vitesse de déroulement sensiblement constante, par exemple d'environ 180 m/s, est réduit a une valeur maximale d'environ 2 secondes. Ces caractéristiques permettent de reproduire en laboratoire la montée en vitesse et la vitesse de déroulement atteintes lors de la mise à feu réelle d'un engin fibroguidé. La poulie d'entraînement menée 22 est également réalisée en un matériau léger et très résistant tel qu'un matériau composite à base de fibres de carbone. A l'inverse de la poulie d'entraînement menante 20, la poulie d'entraînement menée 22 est dépourvue de bandage périphérique et son bord périphérique 32 est un bord droit qui est uniquement en contact avec les flancs latéraux 30 du bandage 26 et avec la fibre optique 16, comme l'illustre la figure 1A. Comme on l'a illustré schématiquement sur la figure 1, la partie de la fibre optique 16 qui se déroule entre la bobine 14 et les poulies d'entraînement 20 et 22 traverse des moyens de guidage constitués, dans la forme de réalisation illustrée, par des anneaux 34. Ces anneaux 34 sont alignés selon la direction commune à l'axe sensiblement horizontal de la bobine 14 lorsqu'elle est montée sur son support 12 et à la tangente aux poulies d'entraînement 20 et 22. Les anneaux 34, qui peuvent notamment être réalisés en céramique, éventuellement recouverte de polytétrafluoréthylène, sont supportés par un mât horizontal 36. Selon le cas, le mât 36 peut être monté sur un bâti distinct des bâtis 10 et 18 et reposant sur le sol, ou supporté par l'un et/ou l'autre des bâtis 10 et 18, comme l'illustre très schématiquement la figure 1. L'espacement entre les anneaux 34 est de préférence aléatoire, de façon à casser toute résonance qui pourrait avoir tendance à se former dans cette zone lors du déroulement de la fibre optique 16. Lors de la mise en oeuvre du dispositif illustré sur la figure 1, une bobine de fibre optique 14 identique aux bobines destinées à être montées sur les engins fibroguidés est fixée sur le support 12 à l'aide d'un système de fixation associé à ce support et non illustré sur la figure. Généralement, la fibre optique 16 est maintenue enroulée sur la bobine 14 au moyen d'une colle, au moins dans la partie située à la périphérie extérieure de la bobine. La partie de la fibre optique 16 non collée sur la bobine 14 est introduite dans les anneaux de guidage 34, puis entre les poulies d'entraînement 20 et 22. Le dispositif est alors prêt à assurer le déroulement à grande vitesse d'au moins une partie de la fibre enroulée sur la bobine 14, par la mise en oeuvre du moteur d'entraînement 24. Comme l'illustre la figure 1, le dispositif de déroulement rapide de la fibre optique 16 conforme à l'invention permet d'accéder aux deux extrémités de cette fibre, en équipant ces extrémités de coupleurs optiques 38 et 40. De cette manière, il est possible de placer le dispositif de déroulement rapide de la fibre optique 16 dans un banc de mesure tel que celui qui va à présent être décrit en se référant à la figure 2. Sur la figure 2, le dispositif de déroulement rapide de la fibre optique 16 précédemment décrit est désigné de façon générale par la référence 42. En plus de ce dispositif de déroulement 42, le banc de mesure comprend un analyseur de réseau 44. Cet analyseur de réseau est apte à émettre un signal électrique dont la fréquence peut être constante ou variable, dans un domaine de fréquences choisi de façon à pouvoir reproduire tous les types de signaux optiques pouvant circuler dans la fibre optique d'un engin fibroguidé réel. L'analyseur de réseau 44 est couplé à une source laser 46 et à un photodétecteur large bande 48 de façon à former avec ces derniers un analyseur de réseau photonique. Plus précisément, le signal de sortie de l'analyseur de réseau 44 est envoyé par une ligne électrique 50 dans la source laser 46, de façon à envoyer dans la fibre optique 16, par un circuit qui sera décrit ultérieurement, un signal lumineux modulé en fréquence selon les mesures que l'on désire effectuer. La sortie directe 51 de l'analyseur de réseau 44, sur laquelle est raccordé le conducteur électrique 50, est également reliée à une sortie de référence 52 de l'analyseur de réseau par un conducteur électrique 52, de telle sorte que le signal injecté dans la fibre optique 16 soit également renvoyé dans l'analyseur de réseau pour servir de référence pour les mesures effectuées par cet analyseur. Le photodétecteur à large bande 48 reçoit quant à lui le signal lumineux sortant de la fibre optique 16 et le transforme en un signal électrique qui est renvoyé dans l'analyseur de réseau 44 par un conducteur électrique 54, afin d'y être comparé, en amplitude et en phase, au signal de référence. Comme l'illustre la figure 2, le circuit optique permettant de relier les coupleurs 38 et 40 placés aux deux extrémités de la fibre optique 16 à l'analyseur de réseau photonique constitué par l'analyseur de réseau 44, la source laser 46 et le photodétecteur 48, comprend deux circuits distincts permettant de faire circuler les signaux lumineux dans un sens ou dans l'autre à l'intérieur de la fibre optique 16, ainsi qu'un commutateur optique 56 permettant de relier à la demande l'analyseur de réseau photonique à l'un ou l'autre de ces circuits. Plus précisément, la sortie de la source laser 46 est reliée au commutateur 56 par une fibre optique 58. Selon la position occupée par ce commutateur 56, la fibre optique 58 est couplée soit à une fibre optique 60 raccordée sur la fibre optique 16 par le coupleur 40, soit à une fibre optique 62, raccordée sur la fibre optique 16 par le coupleur 38. Lorsque le signal optique est injecté dans la fibre optique 16 par la fibre optique 60 et le coupleur 40, il ressort de la fibre optique 16 par le coupleur 38 et ce dernier renvoie le signal vers le commutateur 56 par une fibre optique 64, alors couplée au photodétecteur 48 par une fibre optique 66, au travers du commutateur 56. Au contraire, lorsque le signal optique est introduit dans la fibre optique 16 par la fibre optique 62 et le coupleur 38, il ressort de la fibre optique 16 par le coupleur 40. Ce signal optique est alors repris par une fibre optique 68, alors couplée au photodétecteur 48 par la fibre optique 66, au travers du commutateur 56. En d'autres termes, le commutateur 56 peut occuper une première position, dans laquelle la fibre optique 58 communique avec la fibre optique 60 et la fibre optique 64 communique avec la fibre optique 66, ainsi qu'une deuxième position dans laquelle la fibre optique 58 communique avec la fibre optique 62 et la fibre optique 68 communique avec la fibre optique 66. Le banc de mesure qui vient d'être décrit en se référant à la figure 2 permet, après une mise à zéro préalable des instruments, de mesurer en amplitude et en phase les modifications subies par les signaux optiques transmis dans la fibre optique 16, dans l'un et l'autre sens, par comparaison entre le signal de référence qui correspond au signal injecté dans la fibre optique et le signal réintroduit dans l'analyseur de réseau par le connecteur électrique 54, qui correspond au signal sortant de la fibre optique 16.On peut ainsi observer, pour différentes valeurs de la fréquence, et dans chacun des deux sens d'écoulement de la lumière dans la fibre optique 16, les effets produits sur la transmission des signaux optiques par le déroulement de la fibre optique 16, notamment au cours des phases transitoires que constituent le début du déroulement et les inversions de sens de déroulement de la fibre à partir de la bobine 14. En particulier, les mesures d'amplitude permettent d'observer l'atténuation éventuelle du signal lumineux et les mesures de phases permettent d'étudier les variations du chemin optique découlant notamment d'un allongement de la fibre susceptible de se produire au cours de certaines phases du déroulement. La longueur d'onde des signaux délivrés par l'analyseur de réseau 44 est choisie à la fois en fonction des caractéristiques des signaux optiques qui doivent être transmis par la fibre optique d'un engin fibroguidé réel et pour tenir compte des caractéristiques des coupleurs 38 et 40, afin que les mesures effectuées se trouvent dans une zone de réponse satisfaisante de ces coupleurs. Bien entendu, le dispositif de déroulement rapide décrit en se référant à la figure 1, ainsi que le banc de mesure décrit en se référant à la figure 2 peuvent faire l'objet de certaines modifications, sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi, on peut notamment utiliser le dispositif de déroulement rapide de la figure 1 dans un banc de mesure de type différent, dans lequel les signaux optiques transmis au travers de la fibre en déroulement sont remplacés par une image dont on observe la dégradation éventuelle au cours du déroulement de la fibre. Par ailleurs, le dispositif de déroulement peut inclure deux poulies d'entraînement de même diamètre et/ou possédant chacune un bandage périphérique en un matériau élastomère. REVENDICATIONS 1. Dispositif de déroulement rapide d'une fibre optique bobinée, apte à permettre des mesures dans des conditions simulant un tir d'engin fibroguidé, caractérisé par le fait qu'il comprend - un support (12) apte à recevoir une bobine (14) de fibre optique à tester, de façon non rotative, autour d'un axe déterminé - une poulie d'entraînement menante (20) et une poulie d'entraînement menée (22), tangentes l'une à l'autre selon une direction sensiblement confondue avec ledit axe ; et - un moteur d'entraînement (24) actionnant la poulie d'en traînement menante (20), de façon à entraîner et à gui der la fibre optique entre les poulies, dans un sens correspondant au déroulement de la bobine. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le bord périphérique d'au moins l'une (20) des poulies présente en section des flancs latéraux (30) de guidage de la fibre optique. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que le bord périphérique (28) d'au moins l'une (20) des poulies est réalisé en un matériau élastomère. 4. Dispositif selon les revendications 2 et 3 combinées, caractérisé par le fait que la poulie d'entraînement menante (20) comporte un bandage périphérique (26) en un matériau élastomère, dans lequel sont usinés lesdits flancs latéraux (30). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le moteur d'entraînement (24) est en prise directe sur la poulie d'entraînement menante (20). 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la pou lie d'entraînement menée (22) a un diamètre inférieur à celui de la poulie d'entraînement menante (20). 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend de plus des moyens de guidage (34) de la fibre optique entre le support (12) et les poulies d'entraînement (20,22). 8. Banc de mesure sur fibre optique en déroulement rapide, dans des conditions simulant un tir d'engin fibroguidé, caractérisé par le fait qu'il comprend un dispositif de déroulement rapide (42) selon l'une quelconque des revendications précédentes, ainsi que des moyens de mesure (44) couplés aux deux extrémités de la fibre optique. 9. Banc de mesure selon la revendication 8, caractérisé par le fait que les moyens de mesure comprennent un analyseur de réseau photonique (44,46,48). 10. Banc de mesure selon la revendication 9, caractérisé par le fait que l'analyseur de réseau photonique (44,46,48) est couplé aux deux extrémités de la fibre optique au travers de moyens de commutation (54) aptes à inverser le sens de circulation dans la fibre optique de signaux délivrés par l'analyseur de réseau photonique.