INTERFEROMETRIC SENSOR USING OPTICAL FIBRES

Abstract: 1. Interferometric sensor using optical fibres, of the type comprising a laser source, an interferometer the arms of which are formed by optical fibres, one of these arms comprising a measuring cell, and a detector at the output of the interferometer, a first coupler dividing the wave emitted by the laser source into two, characterized in that it comprises a fibre-optical reference arm (3) transmitting one part of the wave to a second coupler (4), a fibre-optical measuring arm (5) comprising at least one measuring cell (6), and having the other part of the wave passing through it, this measuring arm (5) terminating in a reflective surface (7) which sends a reflected wave back to the first coupler (2), a fibre-optical returning arm (8) associated with the first coupler (2) receiving and transmitting one of the parts of the wave reflected by the measuring arm (5) from the first coupler (2) to the second coupler (4), and a detector (10) at which the wave transmitted hy the returning arm (8) and the wave transmitted by the reference arm (3) interfere.

Description: La présente invention concerne un capteur interférométrique à fibre optique. On a déjà décrit des capteurs interférométriques à fibre optique et notamment des capteurs utilisant un interféromètre de Mach - Zehnder (G.B. Hocker Appl. Opt., 18, 1445, 1979; G. L. Clark et coll., SPIE 92 Interferometry 1979; T. Musha et coll., Appl. Opt., 21, 694, 1982). Dans ces capteurs au moins le bras de mesure est constitué par un fibre optique et est sensible à la variation de grandeurs extérieures telles que température, pression, contrainte. Ces capteurs présentent des avantages - isolation électrique - insensibilité aux parasites électromagnétiques - résistance à la corrosion, aux radiations - une faible masse et un faible poids - une grande sensibilité - une grande bande passante, Ces capteurs se caractérisent toutefois par une immobilité du bras de mesure. La présente invention vise à remédier à cet inconvénient en fournissant un capteur interférométrique à fibre optique dont le bras de mesure est déplaçable. La présente invention a ainsi pour objet un capteur interférométrique à fibre optique, du type comprenant une source laser, un interféromètre dont les bras sont formés de fibres optiques, l'un de ces bras comprenant une cellule de mesure, et un détecteur à la sortie de l'interféromètre, caractérisé en ce qu'il comprend - un premier coupleur séparant l'onde émise par la source laser en deux, - un bras de référence à fibre optique transmettant une des parties de l'onde à un deuxième coupleur, - un bras de mesure à fibre optique comprenant au moins une cellule de mesure et parcouru par l'autre partie de l'onde, ce bras de mesure étant terminé par une surface réfléchissante qui renvoie une onde réfléchie vers le premier coupleur, - un bras de renvoi à fibre optique transmettant l'une des parties de l'onde réfléchie depuis le premier coupleur vers le second coupleur, - ainsi qu'un détecteur sur lequel interfère l'onde transmise par le bras de renvoi de l'onde transmisse par le bras de référence. Pour éviter les problèmes qui peuvent être dus au retour d'une onde vers le laser, on dispose avantageusement un isolateur optique entre la source laser et le premier coupleur pour empêcher le retour d'une partie de l'onde réfléchie vers la source laser. L'isolateur optique peut être du type décrit par P. Ferdinand dans Opto 82 p.63 ESI publications. La source laser peut être un laser à gaz ou une diode laser continue ou pulsée. Les coupleurs utilisés, dont le premier fonctionne en fait en séparateur, peuvent être constitués par des lames de verre, des cubes séparateurs, des wollas tons ou des coupleurs à fibres du type poli ou fusionné. Des coupleurs à fibres de type poli ont été décrits par Hervé Lefrère dans Contribution à la gyrométrie à fibre optique de classe inertielle, Thèse d'Etat , Université de Nice, 1982, et par Michel Digonnet et H.J. Shaw dans Wavelength multiplexing in single mode fiber couplers, Applied Optics/Vol.22 n"3/1 February, 83, et des coupleurs de type fusionné ont été décrits par Jacques Bures, Suzanne Lacroix, Christian Veilleux et Jean Lapierre dans Some particular of monomode fused fiber couplers Applied Optics/Vol.23 n"7/1 April 84. Les bras de mesure et de référence sont réalisés avec des fibres optiques de type multimode (diamètre interne d'environ 10 à 300 pm) ou de type monomode (diamètre interne d'environ 3 à 6 m). Le bras de mesure déplaçable peut comprendre une ou plusieurs cellules de mesure ponctuelle sur la fibre optique-qui peuvent être constituées par une ou plusieurs parties de la fibre optique elle-même. Le bras de mesure peut également être conçu de façon à fournir une mesure intégrée le long de la fibre optique. La mesure peut concerner tous les paramètres qui influent sur l'indice de la fibre optique et sur sa longueur, et notamment la température, la pression, les déplacements, les contraintes, le champ électromagnétique. La surface réfléchissante peut être un miroir distinct ou être formée en bout de fibre par un dépôt de couches métalliques ou de couches minces. Le détecteur peut être une photodiode PIN ou à avalanche, un tube photomultiplicateur ou tout autre dispositif donnant une sensibilité suffisante. Le signal détecté peut être l'intensité mais également la polarisation, la fréquence ou la phase. Ce signal peut ensuite être traité par un dispositif électronique de traitement de l'information. Des dispositifs de détection sont décrits par H.Z. Cummins et H.L. Swinney dans Ligh beating spectroscopy Process in Optics Vol.VIII - Editor E. Wolf, 1970. L'invention sera exposée plus en détail à l'aide d'un dessin représentant seulement un mode d'exécution. Sur ce dessin la figure unique est un schéma d'un capteur selon l'invention. Dans le capteur représenté sur la figure unique une source laser 1 émet une onde qui se sépare en deux dans un coupleur 2 par exemple du type à fibre optique, fonctionnant en séparateur. Un bras de référence 3 en fibre optique transmet une des parties de l'onde séparée à un autre coupleur 4. L'autre partie de l'onde séparée par le coupleur 2 est transmise à un bras de mesure déplaçable 5 comportant une cellule de mesure 6. Le bras de mesure 5 est terminé par un miroir 7 qui renvoie une onde réfléchie vers le coupleur 2. Un bras de renvoi à fibre optique 8 renvoie une partie de l'onde réfléchie depuis le coupleur 2 vers le coupleur 4, tandis que 1' autre partie de londe réfléchie est renvoyée vers la source laser 1. Un isolateur optique 9 est interposé entre la source laser 1 et le coupleur 2 pour empêcher le retour de l'onde réfléchie vers la source laser 1. L'onde transmise par le bras de renvoi 8 et l'onde transmise par le bras de référence 3 interfèrent sur un détecteur 10 couplé à un dispositif de traitement de l'information. Si par exemple la cellule 6 est une cellule sensible à la température, le capteur étant sensible aux différences de trajet optique entre le bras de référence 3 et le bras de mesure 5 et si l'on place le bras de référence 3 dans une enceinte à température connue, il sera possible de déterminer la différence de température entre la température de l'enceinte et la température de len- droit où l'on a placé la cellule de mesure 6.

Claims: REVENDICATIONS 1. Capteur interférométrique à fibre optique, du type comprenant une source laser, un interféromètre dont les bras sont formés de fibres optiques, l'un de ces bras comprenant une cellule de mesure, et un détecteur à la sortie de l'interféromètre, caractérisé en ce qu'il comprend - un premier coupleur (2) séparant l'onde émise par la source laser (1) en deux, - un bras de référence (3) à fibre optique transmettant une des parties de l'onde à un deuxième coupleur (4), - un bras de mesure (5) à fibre optique comprenant au moins une cellule de mesure (6) et parcouru par l'autre partie de l'onde, ce bras de mesure (5) étant terminé par une surface réfléchissante (7) qui renvoie une onde réfléchie vers le premier coupleur (2), - un bras de renvoi (8) à fibre optique transmettant l'une des parties de l'onde réfléchie depuis le premier coupleur (2) vers le second coupleur (4), - ainsi qu'un détecteur (10) sur lequel interfère l'onde transmise par le bras de renvoi (8) et l'onde transmise par le bras de référence (3). 2. Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un isolateur optique (9) est disposé entre la source laser (1) et le premier coupleur (2). 3. Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les coupleurs (2,4) sont des coupleurs à fibres.

Inventors: FERDINAND, PIERRE
Applicants: ELECTRICITE DE FRANCE SERVICE NATIONAL
Application year: 1985
Main classification: G01J9
IPC codes: G01D5, G01J9