Brevet FR2721114A1 — publié le 19951215

FIBRE OPTIQUE ET SON PROCEDE DE FABRICATION La présente invention concerne une fibre optique en polymère fluorescente utilisable pour la détection des rayons X. L'invention trouve une application particulière pour la surveillance de l'état du vide dans les ampoules à vide des disjoncteurs à moyenne tension. Dans le brevet français n 2 640 386 déposé le 9 décembre 1988, il a été décrit un dispositif pour la détection d'effluves visuels survenant dans une enceinte fermée, en particulier à l'intérieur de l'enveloppe d'une installation à haute tension de type blindé. Ce dispositif comprend une fibre optique fluorescente disposée à l'intérieur de l'enceinte et dont au moins une extrémité, débouchant à l'extérieur, est reliée à un photodétecteur. Dans le brevet français n 91 14396, il a été décrit un disjoncteur à vide muni de moyens d'autodiagnostic de l'état du vide des ampoules; ces moyens comprennent une ou plusieurs fibres optiques scintillantes et/ou fluorescentes disposées autour de la surface extérieure de l'ampoule à vide. Dans le brevet français n"92 07500, il a été décrit une fibre optique utilisable pour la détection d'effluves visuels, et constituée d'une gaine en polymère transparent contenant au moins un dopant dérivé d'acide xanthénique. La communication de Philippe PIERRE "Dispositif utilisant une fibre optique en polymère fluorescente pour la détection des rayons X", donnée à FIRELEC 2ème JCGE des 6, 7 et 8 avril 1994 à Grenoble (France), montre que la meilleure fibre pour la détection des rayons X, émis notamment par une ampoule à vide, est constituée d'un coeur en plastique tel que le polystyrène et d'un double gainage; la gaine qui jouxte le coeur, appelée gaine optique, est réalisée classiquement par exemple en polymétacrylate de méthyle ou PMMA; la seconde gaine qui recouvre l'ensemble constitué par le coeur et la gaine optique, est dopée au sulfure de zinc ZnS. C'est ce type de dopant qui présente la meilleure sensibilité à la lumière émise par un générateur de rayons X, avec un pic centré au voisinagé d'une longueur d'onde de 450 nm. Un premier but de l'invention est de déterminer les diamètres optimaux du coeur et des gaines. Un autre but de l'invention est de définir un procédé de réalisation de la gaine dopée au sulfure de zinc. Un autre but de l'invention est de définir un circuit électronique de détection du signal lumineux fourni par la fibre de l'invention. Tous ces buts sont atteints par l'invention qui a pour objet une fibre optique plastique fluorescente comprenant un coeur en plastique tel que le polystyrène, une gaine optique en polymère tel que le polymétachrylate de méthyle et une gaine dopée au sulfure de zinc recouverte d'une couche de peinture noire, caractérisée en ce que ses dimensions vérifient les relations suivantes: - le coeur de la fibre a un diamètre compris entre 0,5 et 1,5 mm, - la gaine optique a une épaisseur comprise entre 25 et 150 microns, - la gaine dopée au sulfure de zinc a une épaisseur comprise entre 100 et 200 microns - la couche de peinture noire a une épaisseur comprise entre 100 et 200 microns. Avantageusement, la couche dopée au sulfure de zinc est constituée de plusieurs couches formées de poudre de sulfure de zinc maintenue dans de la colle très fluide, par exemple de type superglue. De préférence, la granulométrie de poudre de sulfure de zinc est inférieure à 10 microns. L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'une fibre optique caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes: 1. on enduit de colle très fluide, par trempage, une fibre comprenant un coeur de fibre en plastique et une couche optique en polymère, 2. on place cette fibre enduite horizontalement au-dessus du fond d'une boîte placée sur un pot vibrant, ledit fond étant recouvert d'une couche de poudre de sulfure de zinc, 3. on met en route le pot vibrant, 4. on recommence les opérations 1. à 3. jusqu'à obtention de l'épaisseur désirée, 5. on recouvre la fibre d'une couche de peiture noire. L'invention a également pour objet un dispositif pour la vérification de l'état du vide d'une ampoule à vide comprenant une fibre du type décrit ci-dessus entourant l'ampoule à vide et un générateur à haute tension relié aux électrodes de l'ampoule à vide, le signal lumineux produit dans ladite fibre étant acheminé à une photodiode dont le signal est amplifié par un circuit électronique. L'invention est maintenant expliquée en détail à l'aide du dessin annexé dans lequel: - la figure 1 est une vue partielle d'une fibre optique selon l'invention, - la figure 2 est un schéma expliquant le procédé de fabrication de la gaine dopée au sulfure de zinc, - la figure 3 est un schéma illustrant une installation pour la vérification du vide d'une ampoule à vide au moyen d'une fibre selon l'invention, - la figure 4 est un schéma du circuit électronique de l'installation de la figure 3. Dans la figure 1, on voit une fibre désignée globalement par 1 et comprenant un coeur 2 en polystyrène entourée d'une première gaine 11, dite gaine optique, réalisée de préférence en polymétacrylate de méthyle (PMMA). La gaine optique 11 est entourée d'une gaine 12 dopée au sulfure de zinc. La gaine 12 est recouverte d'une couche de peinture noire 13. Il a été observé que la fibre optique est optimale lorsque les dimensions ci-après sont respectées: - diamètre du coeur 2 compris entre 0,5 et 1,5 mm, - épaisseur de la gaine optique 11 comprise entre 25 et 150 microns, - épaisseur de la gaine dopée au ZnS 12 comprise entre 100 et 200 microns. La réalisation du coeur et de la gaine optique est classique et on pourra se référer par exemple à l'ouvrage "Les fibres optiques plastiques: mise en oeuvre et application", paru chez Masson en 1994. Selon l'invention, la réalisation de la gaine dopée au sulfure de zinc est effectuée comme suit, avec référence à la figure 2: - on enduit de colle très fluide, par exemple de type superglue, la surface de la gaine optique 11 d'une fibre 10 comprenant un coeur 2 et une couche optique 11, l'enduction se faisant par trempage suivi d'égouttage, - on place la fibre optique 1, ainsi revêtue, horizontalement à quelques centimètres au-dessus du fond 21 d'une boîte 20 placée sur un pot vibrant 22; le maintien de la fibre est réalisé aisément en la faisant passer par deux trous 23 et 24 pratiqués dans deux bords opposés respectivement 25 et 26 de la boîte; du sulfure de zinc en poudre 27 a été disposé sur le fond 21; le pot vibrant est mis en marche. Sous l'action des vibrations engendrées par le pot vibrant, dont la fréquence et l'amplitude peuvent être ajustées, la poudre de ZnS se met en suspension dans la boîte et se dépose de façon homogène sur l'ensemble de la fibre. Lorsque l'épaisseur est atteinte, on arrête le pot vibrant. Si l'épaisseur n'est pas atteinte après refus de la poudre de se coller à la fibre, on enduit à nouveau la fibre de colle et on recommence l'opération. La granulométrie de la poudre de sulfure de zinc est de préférence inférieure à 10 microns. Après constitution de la gaine dopée au ZnS, la fibre est revêtue de peinture noire (couche 13 de la figure 1) par trempage suivie d'égouttage, jusqu'à obtenir une épaisseur de 100 à 200 microns. La fibre est ainsi rendue insensible à la lumière ambiante et peut donc être utilisée. La fibre optique est reliée à un connecteur munie éventuellement d'une fibre claire pour assurer la transmission du signal lumineux jusqu'au circuit électronique d'exploitation. Ce circuit permet par exemple de contrôler la qualité du vide d'une ampoule à vide. Pour cela, comme le montre la figure 3, l'ampoule à vide 28 est entourée par une fibre 1 du type qui vient d'être décrit. Les électrodes 28A et 28B de l'ampoule à vide sont maintenues à une distance telle qu'il y ait émission de rayons X lorsqu'on applique, & l'aide d'un générateur 29, une tension alternative sinusoïdale par exemple de l'ordre de 50 kV à 50Hz, pour un écart entre les électrodes de quelques millimètres. Dans la figure 3, la référence 30 désigne le connecteur dont il a été question plus haut et 31 la fibre optique claire qui achemine le signal lumineux. Celui-ci est adressé à un transducteur 32 permettant de transformer le signal lumineux en signal électrique qui est traité par un circuit électronique 33. Le transducteur est de préférence une photodiode de bonne sensibilité et de faible bruit pour la longueur d'onde délivrée par la fibre; on choisit par exemple une photodiode GaAsP. Un exemple de réalisation du circuit électronique est illustré par la figure 4. Le circuit comprend trois étages: - un premier étage d'amplification recevant le signal I émis par la photodiode 32 qui reçoit le signal lumineux ce premier étage est constitué de préférence par un amplificateur opérationnel 34 (par exemple du type OPA 111 de Burr-Brown) avec une résistance Rf de 10 G permettant une bonne qualité de signal avec un fort rapport signal/bruit; un tel étage peut fournir un gain de 109 V/A - un deuxième étage d'amplification 35 fournissant par exemple un gain de 100 entre 35 Hz et 4800 Hz, - un circuit sélectif, de gain unité, centré autour de la fréquence de 100 Hz. Le circuit électronique présente donc un gain G = 109.100.1 = 1011 V/A Or, à la longueur d'onde considérée, la sensibilité S de la diode, définie par le rapport de l'intensité fournie mesurée en ampères à l'énergie optique Wopt reçue par la photodiode est donnée par: S = 0,3 A/Wopt On obtient donc le "gain" g entre la tension de sortie et la puissance lumineuse sur la photodiode: g = 30.109 V/Wopt L'application de l'invention n'est pas limitée à l'exemple décrit; on peut envisager d'équiper dès leur fabrication les ampoules à vide d'une fibre selon l'invention pour permettre leur connexion à un circuit d'auto-diagnostic de la qualité du vide. REVENDICATIONS 1/ Fibre optique plastique fluoréscente (1) comprenant un coeur (2) en plastique tel que le polystyrène, une gaine optique (11) en polymère tel que le polymétachrylate de méthyle et une gaine dopée au sulfure de zinc recouverte d'une couche de peinture noire, caractérisée en ce que ses dimensions vérifient les relations suivantes: - le coeur de la fibre a un diamètre compris entre 0,5 et 1,5 mm, - la gaine optique a une épaisseur comprise entre 25 et 150 microns, - la gaine dopée au sulfure de zinc a une épaisseur comprise entre 100 et 200 microns - la couche de peinture noire a une épaisseur comprise entre 100 et 200 microns. 2/ Fibre optique selon la revendication 1, caractérisée en ce que la couche dopée au sulfure de zinc est constituée de plusieurs couches formées de poudre de sulfure de zinc maintenue dans de la colle très fluide, par exemple de type superglue. 3/ Fibre optique selon la revendication 2, caractérisé en ce que la granulométrie de poudre de sulfure de zinc est inférieure à 10 microns 4/ Procédé de fabrication d'une fibre optique caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes: 1. on enduit de colle très fluide, par trempage, une fibre (10) comprenant un coeur de fibre en plastique et une couche optique en polymère, 2. on place cette fibre enduite horizontalement au-dessus du fond (21) d'une boîte (20) placée sur un pot vibrant (22), ledit fond étant recouvert d'une couche (27) de poudre de sulfure de zinc, 3. on met en route le pot vibrant (22), 4. on recommence les opérations 1. à 3. jusqu'à obtention de l'épaisseur désirée. 5/ Dispositif pour la vérification de l'état du vide d'une ampoule à vide (28) comprenant uné fibre (1) du type décrit dans les revendication 1 à 3 entourant l'ampoule à vide et un générateur à haute tension (29) relié aux électrodes (28A, 28B) de l'ampoule à vide, le signal lumineux produit dans ladite fibre (1) étant acheminé à une photodiode (32) dont le signal est amplifié par un circuit électronique (33).