Brevet FR2748107A1 — publié le 19971031

La présente invention concerne des systèmes de détec- tion à fibre optique et elle se rapporte plus précisément à des ensembles à enroulement de fibre optique destinés à être incorporés à de tels systèmes. Dans de nombreux systèmes de détection à fibre optique cohérente, des enroulements capteur et d'équilibrage formés d'une fibre optique sont utilisés. L'enroulement ou les enroulements capteurs sont sensibles à la quantité mesurée, telle que la pression dans le cas des systèmes de détection à base d'hydrophone. L'enroulement d'équilibrage retarde une impulsion lumineuse ou un signal lumineux modulé. Dans le cas des systèmes de détection hétérodyne à fibre optique, l'enroulement d'équilibrage donne une diffé- rence prédéterminée de longueurs de trajets optiques afin qu'un premier signal lumineux modulé soit retardé par rapport à un second signal lumineux modulé. De cette manière, on peut utiliser des techniques interférométriques équilibrées. Dans un système habituel de détection hétérodyne à fibre optique de type pulsé et multiplexé temporellement, deux impulsions lumineuses séparées dans le temps sont transmises le long d'une fibre optique formant capteur. La fibre optique du capteur a des discontinuités ou jonctions partiellement réfléchissantes sur sa longueur. Une petite proportion des impulsions lumineuses (en fait des signaux réfléchis) est renvoyée le long de la fibre à partir de chaque discontinuité. Les signaux réfléchis par ces discon- tinuités successives interfèrent avec les signaux réfléchis par les discontinuités précédentes en donnant un effet hétérodyne. Ce comportement donne un signal détectable de battement dont la modulation dépend de la longueur des trajets optiques des enroulements capteurs à fibre optique entre les discontinuités. Lorsque les longueurs des trajets optiques changent, la modulation change. Un problème posé par ces systèmes est que les enroulements d'équilibrage sont sensibles au bruit acous- tique et des vibrations. Dans des conditions dans lesquelles ces perturbations sont présentes, une force peut être appliquée à l'enroulement d'équilibrage et peut provoquer un changement de la longueur du trajet optique et provoquer alors des effets parasites dans le système. Par exemple, il peut apparaître un bruit optique de phase. Une solution qui a été adoptée comprend l'incorporation d'enroulements d'équilibrage à fibre optique qui ne sont pas sensibles aux influences du milieu et réduisent ainsi les effets parasites dans le système. Un tel enroulement d'équilibrage est repré- senté dans le brevet britannique n 2 250 588 qui représente l'utilisation de deux enroulements affectés chacun par les influences du milieu. Comme les effets créés dans les enroulements séparés sont opposés, l'effet résultant peut être compensé. Cependant, il est très difficile de supprimer totalement les effets des influences du milieu et il reste habituellement certains signaux parasites. L'invention a pour objet la réalisation d'un système qui est moins sensible aux influences du milieu. Elle a aussi pour objet la réalisation d'un système qui est plus simple que les systèmes connus. Dans un premier aspect, l'invention concerne un ensemble à enroulement d'équilibrage destiné à un système de détection à fibre optique et qui comprend un premier enrou- lement, un second enroulement et un dispositif de support, le premier et le second enroulement étant supportés par le dispositif de support dans lequel sont disposés les enrou- lements sur un axe commun et qui sont espacés le long de l'axe commun. De préférence, les influences du milieu sont un bruit de vibration et/ou acoustique. L'axe commun peut etre vertical et les enroulements peuvent être placés l'un au-dessus de l'autre. De préfé- rence, l'ensemble est orienté afin que le mouvement vibra- tionnel se produise le long d'un axe parallèle aux axes ou à l'axe commun des enroulements de fibre. Les enroulements peuvent être adjacents. De préférence, le dispositif de support ou une région ou partie du dispositif de support peut se trouver entre les enroulements. Chaque enroulement est de préférence placé sur une bobine constituée par le dispositif de support. Les enrou- lements sont de préférence placés sur des parties du dispositif de support qui sont espacées mutuellement. Le dispositif de support peut comporter une base et un organe séparateur. Le dispositif de support peut être adapté à la réception d'une force vibrationnelle et à son appli- cation à chacun des enroulements. Le dispositif de support applique une force vibrationnelle à chacun des enroulements, en quantités égales. Le premier et le second enroulement ont de préférence des longueurs de trajet optique pratiquement égales. Les dimensions des enroulements sont de préférence les mêmes. Un problème posé par les enroulements concentriques est que les caractéristiques optiques liées à une vibration peuvent différer entre les enroulements car ils ont des dimensions différentes et ne sont pas montés sur un support commun. Il peut être difficile d'adapter les caractéris- tiques optiques liées à une vibration dans ces ensembles de la technique antérieure. Grâce à la réalisation d'enrou- lements de même dimension montés sur un support commun, l'adaptation des caractéristiques peut être facilitée. Une ou plusieurs caractéristiques optiques de l'enrou- lement peuvent varier sous l'influence du milieu. Une caractéristique optique qui peut changer est la longueur du trajet optique. Les amplitudes de changement de la caracté- ristique ou des caractéristiques optiques peuvent être égales et opposées dans les enroulements. Ainsi, le change- ment résultant dans l'ensemble à bobine d'équilibrage peut être pratiquement nul. Dans un second aspect, l'invention concerne un système de détection à fibre optique comprenant un ensemble à enrou- lement d'équilibrage selon le premier aspect de l'invention. De préférence, le système de détection à fibre optique comporte un circuit d'équilibrage. Celui-ci peut comprendre une première branche à fibre optique et une seconde branche à fibre optique, avec un ensemble à enroulement d'équili- brage dans l'une des branches. A une première extr4mité de préférence, les branches sont reliées optiquement par un coupleur. La lumière peuï être transmise dans le coupleur vers chaque branche. De préférence, à une seconde extrémité, les branches sont reliées optiquement par un coupleur. Les impulsions lumineuses peuvent être transmises par le cou- pleur au dispositif capteur. Ce dernier peut comprendre un ou plusieurs enroulements. Un ensemble d'enroulements peut être utilisé. Les enroulements peuvent être connectés en série. Dans une variante, le dispositif capteur peut compor- ter un ou plusieurs tronçons de fibre optique non enroulés. De préférence, la lumière de chaque branche est modulée en impulsions par un modulateur respectif. Les modulateurs peuvent donner des impulsions lumineuses modulées ayant des fréquences légèrement différentes dans chaque branche. Unr aspect de la présente invention concerne des hydro- phones à fibre optique dans lesquels l'enroulement d'équili- brage peut être exposé aux influences du milieu, telles que les pressions acoustiques transmises par l'atmosphère et les vibrations. L'invention s'applique aussi à d'autres systèmes de détection à fibre optique dans lesquels un certain degré d'insensibilité aux influences du milieu est nécessaire. Le système de détection peut être un système placé à terre. Les impulsions lumineuses peuvent être transmises à un tronçon de fibre optique placé à la circonférence ou à la périphérie d'une zone telle qu'une clôture périphérique. Le tronçon de fibre optique peut être enterre. Le système de détection peut être un système capteur réflectométrique interférométrique. Le système peut détecter la pression et la température appliquées à une fibre. Il peut détecter une contrainte et/ou une déformation le long d'une fibre. Dans un mode de réalisation ayant plusieurs capteurs, des zones individuelles peuvent être délimitées, une zone étant formée à une première extrémité et à une seconde extrémité par les jonctions ou discontinuités partiellement réfléchissantes. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre d'un ensemble de réalisation, faite en référence au dessin annexe sur lequel: la figure 1 represente un ensemble à enroulement d'équilibrage, et la figure 2 représente une partie de l'ensemble de la figure 1. La figure 1 est une vue en élévation latérale d'un ensemble 10 à enroulement d'équilibrage. L'ensemble 10 comporte un premier enroulement 12 et un second enroulement 14 supportés par un organe formateur rigide 16 constituant un support. Les enroulements 12, 14 sont formés d'une seule fibre optique enroulée afin qu'elle forme l'enroulement 12, puis qu'elle forme l'enroulement 14. Les enroulements 12, 14 forment ensemble un seul enroulement d'équilibrage (le mot "enroulement" étant utilisé simplement). L'organe formateur 16 est supporté dans un châssis 18. L'organe formateur 16 est monté rigidement dans le châssis 18. Les vibrations du châssis 18 sont transmises à l'organe formateur 16. Le châssis 18 est entouré par une couche 20 d'un matériau d'amortissement acoustique qui est destiné à isoler les enroulements 12, 14 dans une certaine mesure des vibrations, et notamment du bruit acoustique transmis par l'atmosphère. La couche 20 est enfermée dans un boîtier 22. Les dimensions externes du boîtier sont d'environ x 100 mm. La figure 2 représente d'autres détails des enrou- lements 12, 14 et de l'organe formateur 16. Elle forme une coupe d'une partie de l'ensemble de la figure 1. Comme représenté, l'organe formateur 16 comprend une base ou paroi 24 de séparation solidaire de bobines 26, 28 dépassant des deux côtés. Une fibre 30, 32 est enroulée sur les bobines 26, 28 pour la formation des enroulements 12, 14 respectivement. Dans le mode de réalisation représenté, la fibre 30, 32 est enroulée sur une couche de mousse 34 qui recouvre les bobines 26, 28, la couche étant une couche d'isolement des vibrations. D'autres couches de mousse 34 sont disposées afin qu'il existe une mousse 34 entre la fibre 30, 32 et la paroi 24 et sur tous les autres cotés de la fibre 30, 32. Ainsi, la fibre est totalement enfermée dans la mousse 34. La mousse 34 est entourée par un revete- ment d'une matière d'encapsulation. Les diamètres des enrou- lements 12, 14 sont d'environ 50 mm. La hauteur combinée des enroulements empilés l'un sur l'autre est d'environ 60 mm. L'ensemble 10 à enroulement d'équilibrage a des maté- riaux d'amortissement (la couche 20 et la mousse 34) qui réduisent l'amplitude des vibrations qui affectent les enroulements. La vibration est une vibration mécanique et une perturbation acoustique. Cependant, une vibration passe inévitablement et affecte les enroulements 12, 14. En conséquence, l'ensemble 10 est réalisé de manière que les variations induites sur la longueur du trajet optique des enroulements 12, 14 soient égales et opposées et donnent un changement résultant nul. L'ensemble 10 est orienté de manière que le mouvement de vibration soit induit le long d'un axe 36 autour duquel sont formés les enroulements. Un mouvement de vibration le long de cet axe ne provoque pas un changement résultant de la longueur du trajet optique de l'ensemble 10 à bobine d'équilibrage. Les inventeurs considèrent que, lorsque l'organe formateur 16 vibre le long de l'axe 36, lorsque cet organe et les enroulements 12, 14 remontent, l'enroulement 12 est mis en compression et l'enroulement en tension (les termes "compression" et "tension" étant pris dans un sens relatif) et inversement lors d'un mouvement de descente. En conséquence, les changements de longueur de trajet optique induits par la force appliquée aux enroulements sous l'action de la vibration sont égaux et opposés dans chaque enroulement. L'invention concerne un ensemble simple à bobine d'équilibrage qui est relativement peu sensible à la vibration. L'utilisation de deux enroulements semblables facilite l'adaptation des variations optiques de chaque enroulement d'une maniere simple. Il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses élé- ments constitutifs sans pour autant sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1. Ensemble à enroulement d'équilibrage destiné à un système de détection à fibre optique, caracteris4 en ce qu'il comprend un premier enroulement (12), lun second enrou- lement (14) et un dispositif de support (C16), le premier et le second enroulement (12, 14) étant supportés par le dispo- sitif de support (16) dans lequel les enroulements (12, 14) sont disposés sur un axe commun (36) et sont espacés suivant l'axe commun (36). 2. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que les enroulements (12, 14) sont séparés par une partie ou région du dispositif de support (36). 3. Ensemble selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il est orienté de manière que le mouve- ment de vibration se produise le long d'un axe parallèle à l'axe commun (36) des enroulements (12, 14) de fibre. 4. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de support (16) est destiné à recevoir le mouvement de vibration et à l'appliquer à chacun des enroulements (12, 14). 5. Ensemble selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'une caractéristique optique de chaque enroulement (12, 14) varie en fonction du mouvement de vibration avec des amplitudes égales et opposées des enroulements (12, 14). 6. Ensemble selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que le mouvement de vibration est provoqué par un bruit acoustique. 7. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les dimensions externes des enroulements (12, 14) sont pratiquement les mêmes. 8. Système de détection à fibre optique, caractérisé en ce qu'il comprend un ensemble à enroulement d'équilibrage selon l'une quelconque des revendications précédentes. 9. Système selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte un hydrophone à fibre optique. 10. Système selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il est disposé à terre.