Brevet FR2741458A1 — publié le 19970523

La présente invention concerne des capteurs optiques perfectionnés, en particulier des capteurs réflectométriques op- tiques. On connaît les systèmes de capteurs réflectométriques optiques, comme par exemple décrits dans le brevet britannique GB 2 126 820B. Un tel montage est présenté sur la figure 1, et comme cela est connu, comprend plusieurs capteurs S1 à S4 disposés en série le long d'une fibre constituant un guide optique 1. Chaque capteur comprend une longueur de fibre formant un guide optique, bornée par des discontinuités du guide optique. Des paires d'impul- sions sont lançées de manière répétée dans le guide optique, l'é- cartement entre les capteurs et l'intervalle entre impulsions étant tel que, pour chaque capteur respectif, une partie de la première impulsion de chaque paire réfléchie par la discontinuité se trou- vant à l'extrémité éloignée du capteur arrive au détecteur optique en même temps qu'une partie de la deuxième impulsion de la paire réfléchie par la discontinuité se trouvant à l'extrémité rapprochée du capteur. Comme les deux impulsions sont produites à partir d'une source de lumière cohérente, les deux impulsions réfléchies se mélangent ensemble dans le détecteur optique, suivant un mode hété- rodyne, c'est-à-dire avec production d'une fréquence somme et d'une fréquence différence des fréquences des deux impulsions. Seule la première impulsion réfléchie a parcouru la longueur du capteur et, lors de son passage dans le capteur, sa phase a varié en fonction des propriétés physiques, par exemple la longueur, du capteur. Ces propriétés physiques sont perturbées par le paramètre à détecter, ce qui entraîne une perturbation du déphasage d'une quantité cor- respondante. Lorsque les deux impulsions réfléchies, l'une déphasée par le capteur, et l'autre non, se mélangent suivant le mode hété- rodyne, un signal est produit qui contient une modulation d'impul- sion correspondant au déphasage. La réflexion et le méLange hétérodyne ont lieu à des instants progressivement différents au fur et à mesure que les paires d'impulsions progressent dans le guide optique et entrent en interaction avec la série de capteurs, ce qui produit une séquence d'impulsions de sortie moduLées en phase à la sortie du détecteur optique. Puisqu'un certain nombre de paires d'impulsions sont en- voyées dans le guide optique, un courant d'impulsions en série est reçu par le photodétecteur. Le photodétecteur produit sur sa sortie un courant de données multiplexées dans le temps de manière correspondante qui comprend des salves de porteuse moduLée en phase. Par exemple, dans un réseau optique, la porteuse peut typi- quement être à 1 MHz et peut être un signaL moduLé en phase à 1 kHz (par exemple) arrivant sur un capteur donné de la fibre. Dans un tel système de détection réflectométrique optique, il existe une possibilité que les états de polarisation des deux impulsions mélangées sortantes (réfléchies) soient diffé- rents. De plus, il existe certaines combinaisons d'états de polari- sation o les deux impulsions sont orthogonalement polarisées, si bien qu'aucun mélange en mode hétérodyne ne peut avoir lieu et qu'aucune mesure ne peut être faite. Ce probLème est connu sous le nom de "fading" de polarisation. L'invention vise à surmonter au moins partiellement ce problème. L'invention propose un capteur optique qui comprend plusieur canaux de sortie parallèles comportant chacun un filtre de polarisation respectif, des moyens d'échantillonnage et des moyens de combinaisons, o les filtres de polarisation ont tous des angles de polarisation différents, les moyens d'échantillonnage échantillonnent les signaux dans chacun des canaux après qu'ils sont passés dans les filtres de polarisation, et les moyens de com- binaison combinent les signaux passant dans les canaux en fonction des valeurs relatives des échantillons. Ceci permet d'obtenir, pour tous les états de polari- sation, un signal de sortie hétérodyne non nul. La description suivante, conçue à titre d'illustration de l'invention, vise à apporter une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages; elle s'appuie sur les dessins annexés, parmi lesquels: la figure 1 montre un exemple d'un système de capteurs optiques à fibre de type connu; la figure 2 montre un exemple du signal de sortie du système de capteurs de la figure 1, après traitement selon l'inven- tion; la figure 3 représente un premier système selon l'inven- tion; la figure 4A montre un exemple du signal de sortie d'un premier canal du système de la figure 3; la figure 4B montre un exemple du signal de sortie d'un deuxième canal du système de la figure 3, qui est inversé par rapport à celui du premier canal; la figure 5A montre le résultat d'un premier procédé d'inversion, appliqué au signal de sortie de la figure 4B; la figure 58 illustre un deuxième procédé d'inversion, appliqué au signal de sortie de la figure 4B; et la figure 6 représente un deuxième système selon l'inven- tion, o les parties identiques portent les mêmes numéros de réfé- rence. Il a été proposé de diviser la sortie d'un réseau de capteurs en un certain nombre de sections parallèles possédant des filtres de polarisation différents. En général, le nombre de sections parallèles utilisées varie d'un cas à l'autre. Dans le cas particulier d'un réseau de capteurs optiques réflectométriques tel que décrit ci-dessus, il y a toujours, dans le signal de sortie, deux impulsions simultanées devant être mélangées suivant un mode hétérodyne. De ce fait, si l'on n'utilise que deux canaux parallèles, il s'ensuit que les signaux de sortie des deux canaux parallèles pourraient tous deux être nuls pour certains état de polarisation des impulsions de sortie. Toutefois, si le partage se fait suivant trois canaux parallèles, on gagne alors un degré de liberté et on peut être assuré qu'au moins un des trois canaux ne sera pas nul pour tous les états de polarisation d'entrée. Il vaut mieux choisir un ensemble de filtres de polarisation tels que les angles de polari- sation soient mutuellement séparés de 120 degrés. On peut résoudre le probLème du fading de poLarisation de la manière la plus simple en concevant un moyen qui permet de choisir Le meilleur des trois canaux. Le sacrifice ici consenti est qu'on n'utilisera qu'un tiers de l'énergie pour la sortie. Il a été proposé de numériser chacun des trois canaux et d'appliquer un traitement permettant soit de choisir le plus grand d'entre eux, soit de reconstituer l'énergie en recombinant chaque canal d'une certaine manière. Ceci peut se faire à l'aide d'un traitement analogue à celui décrit dans la demande de brevet britannique n 9 018 443. La description suivante se rapporte à ce système. Comme on peut le voir sur la figure 2, chacun des trois canaux parallèles donnera quatre échantillons par paire d'impul- sions de sortie associée. Chacun de ces ensembles de quatre échan- tillons prendra la forme d'un cosinus échantillonné se trouvant sur un palier et s'étendra sur un cycle. Comme mentionné ci-dessus, les trois canaux possèdent des filtres de polarisation réglés à degrés les uns par rapport aux autres de façon qu'au moins l'un d'eux possède un cosinus d'amplitude non nulle (le mélange hétérodyne) reposant sur un certain palier. Les quatres échan- tillons peuvent être rassemblés sous une forme assez grossière (un moins grand nombre de bits que dans le trajet de traitement prin- cipal) et être manipulés pour faciliter une utilisation appropriée des canaux en vue de l'obtention du signal de sortie. Un procédé permettant de mettre ceci en pratique est pré- senté sur la figure 3. Le signal de sortie de chacun des trois canaux 1, 2 et 3 arrive, après être passé dans son filtre de polarisation respec- tive, sur une photodiode 4, 5 ou 6. Les signaux de sortie électriques des photodiodes 4, 5 et 6 sont échantillonnés par un circuit 7 visant à trouver le plus grand taux de mélange hétérodyne. Le circuit 7 prend quatre échan- tillons du signal de sortie de chacune des photodiodes 4, 5 et 6 et les compare pour découvrir les valeurs minimale et maximale de chaque signal. Le canal qui possède alors la plus grande différence entre valeur minimale et valeur maximale est ainsi déterminé. Ce canal aura un taux de mélange hétérodyne non nul, et le commutateur 8 a pour fonction de laisser passer le signal de sortie (à plu- sieurs bits) de ce canal en vue de la poursuite du traitement, tandis que les autres canaux sont (temporairement) ignorés. Il est possible de réaliser ce traitement et cette sélec- tion en parallèle avec le trajet de traitement principal, puisque les variations du degré de fading de polarisation dans les diffé- rents canaux se produisent assez lentement. Du fait de la lenteur du fading, ou évanouissement, il n'est pas nécessaire de décider, pour chaque paire d'impulsions de sortie, quel canal on utilisera pour cette paire. Il suffit d'opérer un basculement entre canaux lorsqu'on trouve que le canal possédant le plus grand taux de mélange hétérodyne a changé, le fait que plusieurs paires d'impul- sions peuvent avoir été traitées pendant la recherche de cette décision ne constituant pas un problème, puisque la lenteur avec laquelle les niveaux relatifs de mélange hétérodyne varient signi- fit que les paires d'impulsions traitées à partir de canaux possédant un taux de mélange hétérodyne inférieur n'auront pas été amenées à une valeur nulle en quelques paires d'impulsions, avant le basculement des canaux. Un problème pouvant se produire dans un tel système est qu'un déphasage occasionnel de 180 degrés peut apparaître dans la sortie du système lors du basculement entre canaux à certains ins- tants (même si, du fait de la relative lenteur du fading de polari- sation, on peut prévoir que les changements de canaux ne seront pas fréquents). Ceci est dû au fait que les trois canaux ont une forme simple correspondant à un cycle de cosinus sur un palier et que deux d'entre eux ont la même phase initiale tandis que le troisième est en phase avec eux ou est différent de 180 degrés. Ainsi, des déphasages de 180 degrés peuvent se produire lors du changement de canal. Un procédé permettant d'éviter cela consiste à mettre un déphasage de 180 degrés sur le signal de sortie de détail lui-même si un changement de canal constitue un type inverse. Sur les figures 4A et 4B, est présenté un exemple d'une telle inversion. Le test permettant de savoir si une inversion se produit lors du changement de canal consiste simplement à comparer les positions des crêtes et des creux dans les deux canaux, et, s'ils apparaissent dans un ordre oppose, comme indiqué sur les fi- gures 4A et 4B, c'est qu'ils ont alors des formes mutuellement inversées. Comme décrit ci-dessus, lors de la détection de l'inver- sion, il est nécessaire d'appliquer un déphasage de 180 degrés au signal de sortie de détail pour éviter qu'un déphasage de degrés apparaisse dans les données de sortie. Une manière rapide et simple pour inverser la phase du signal de sortie consiste à changer l'ordre des valeurs numériques sans les modifier. On peut effectuer ceci du fait que chaque échan- tillon de données de sortie comprend un cycle entier de cosinus. Par exemple, on peut inverser l'échantillon de sortie représenté sur la figure 48 en plaçant les valeurs numériques A' et B' après les valeurs numériques C' et D', comme représenté sur la figure 5A. Un autre procédé permettant de réaliser une inversion de phase rapide consisterait à créer un signal de sortie symétrique (image dans un miroir), et, de nouveau, puisque chaque échan- tillon de données de sortie comprend un cycle entier de cosinus, ceci produira une inversion. On effectue cela en soustrayant chacune des valeurs numériques A', B', C' et D' de la valeur n, qui est leur valeur maximale possible, de manière à produire leurs nouvelles valeurs inversées 9A, 9B, 9C et 9D respectivement. Cette méthode est légè- rement plus précise que la méthode d'inversion de la figure 5A, car elle est moins susceptible de varier en fonction du temps. Dans un système numérique quelconque, on fixe les valeurs maximales possibles de A', B', C' et D' à l'aide du nombre de bits utilisés dans le système. Un inconvénient possible de ce procédé est qu'on n'inverse que l'amplitude de cosinus, la valeur du niveau de palier étant alors perdue. Toutefois, il est possible d'écarter cette valeur, car elle ne transporte pas d'information utile. L'inconvénient évident de ce système est que la puissance de sortie du système sera ramenée au tier du niveau qu'il aurait eu par ailleurs. Pour tenter de faire une meilleure utilisation de la puissance disponible, on peut concevoir divers moyens visant à com- biner les trois canaux. Si on additionne simplement les trois canaux, on gaspille aLors l'avantage que l'on avait obtenu, car ce signal de sortie pourrait avoir un taux de mélange hétérodyne nul pour des signaux d'entrée présentant certains états de polarisa- tion, de sorte que ceci ne convient pas. Un procédé simple, qui convient parfaitement, est repré- senté sur la figure 6, et il consiste à n'ajouter que les signaux de sortie des canaux qui sont de même phase. On peut vérifier si les signaux de sortie sont ou non de la même phase de la même manière que pour l'inversion. On compare ensuite le niveau hétérodyne de cette somme avec le canal restant (s'il y en a un), et celui qui est le plus élevé des deux fixe la sélection du signal de sortie pour le canal principal. Ainsi, si la somme" est plus élevée, on prend alors comme signal de sortie la somme des canaux correspondants (en faisant suivre cette opération d'un déphasage de 180 degrés si cela est nécessaire). Avec cette approche, on utilise toute l'énergie disponible pour certains états de polarisation d'entrée, et il y a toujours un signal de sortie hétérodyne non nul. Un autre procédé consiste à ajouter les signaux qui sont en phase et à soustraire le signal déphasé (s'il y en a un). On obtient les plus grands niveaux de mélange hétérodyne à partir de ce moyen, mais il y a interférence avec le niveau de palier du fait que l'amplitude totale du cosinus peut être plus grande que le palier total. En résultat, on doit prévoir un décalage dans le courant de données principal pour éviter la troncation. Pour décider si ce procédé est toujours avantageux, il faut prendre en compte d'autres exigences du système. Dans tous les exemples décrits, on a séparé le signal optique de sortie en trois canaux parallèles à l'aide de filtres de polarisation mutuellement séparés de 120 degrés. Ceci est dû aux paramètres du système optique dont on doit détecter Le signal de sortie, mais, dans d'autres systèmes optiques, des nombres diffé- rents de canaux et des différences entre angles de polarisation peuvent être nécessaires. Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir du dispositif dont la description vient d'être donnée à titre illustratif et nullement limitatif, diverses variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Capteur optique, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs canaux de sortie parallèles, qui comportent chacun un filtre de polarisation respectif, des moyens d'échantillonnage (4,5,6) et des moyens de combinaison (7,8), o les filtres de polarisation ont tous des angles de polarisation différents, les moyens d'échantillonnage échantillonnent les signaux dans chacun des canaux après qu'ils sont passés dans les filtres de polarisation, et les moyens de combinaison sélectionnent les signaux passant dans au moins un des canaux de telle sorte que les signaux sélectionnés produisent un signal de sortie hétérodyne non-nul. 2. Capteur optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'échantillonnage détectent le canal dont le signal possède l'amplitude de mélange hétérodyne la plus élevée et demandent aux moyens de combinaison de sélectionner la totalité du signal dans ce canal et aucun des signaux des autres canaux.