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RÉSUMÉ
C'est en cherchant à immuniser les transmissions de données par fibres optiques de perturbateurs externes, tels que les changements de température, les champs électromagnétiques ou les vibrations, qu'est apparue l'idée d'utiliser les fibres optiques en tant que capteurs. Grâce à leurs très faibles dimensions, leur robustesse et leur versatilité ainsi qu'aux nombreux avantages inhérents à l'emploi de fibres optiques, ces capteurs ont été fortement développés au cours des trente dernières années. De nombreuses références bibliographiques sont donc disponibles. En apportant une vision actuelle du domaine, cet article a pour objectif de résumer l'essor de ces capteurs et de présenter le principe physique des configurations les plus répandues.
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Christophe CAUCHETEUR : Docteur en sciences de l’ingénieur - Chercheur qualifié du F.R.S.-FNRS à la Faculté Polytechnique de l’université de Mons
INTRODUCTION
Notre société est de plus en plus demandeuse d'instruments de mesure et de contrôle de tous types, que ce soit pour la sécurité, le confort ou le contrôle de la qualité de produits. Le développement de systèmes électroniques a permis de mettre au point des dispositifs de mesures fiables, lesquels sont maintenant très éprouvés et très perfectionnés. Leur miniaturisation rend possible leur utilisation en grande quantité et de façon de moins en moins intrusive.
À cette fin, les fibres optiques offrent d'excellentes propriétés, comme une très faible intrusivité, une insensibilité aux rayonnements électromagnétiques et un transfert rapide d'une grande quantité d'informations. Aussi, ses potentialités ne se réduisent-elles pas uniquement au remplacement des câbles électriques. Les capteurs à fibres optiques exploitent, pour la mesure, la sensibilité intrinsèque de la fibre optique en fonction des variations de son environnement (température, pression, contraintes mécaniques…). Ce type de capteurs remplace avantageusement l'instrumentation traditionnelle dans des environnements exigeants comme l'industrie nucléaire, les environnements humides ou à haute température. En règle générale, pour la plupart des applications, ils offrent des performances comparables à celles des capteurs électroniques en termes de précision ou de sensibilité, ces derniers conservant toutefois l'avantage d'être éprouvés depuis plus longtemps par les utilisateurs du métier. La véritable rupture technologique des capteurs à fibres optiques provient de la nature répartie (ou distribuée) de la mesure qu'ils fournissent. Grâce à une instrumentation dédiée qui localise la mesure le long de la fibre optique, une seule fibre optique peut ainsi être considérée comme un grand ensemble de capteurs cascadés.
Ce dossier a pour objectif de présenter les principes physiques des principales configurations de capteurs à fibres optiques et de résumer ensuite leurs performances.
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MOTS-CLÉS
article introductif capteurs interférométriques capteurs polarimétriques rétrodiffusion brillouin rétrodiffusion Raman rétrodiffusion de Rayleigh réseaux de Bragg Métrologie photonique capteur fibres optiques
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Principaux mécanismes exploités pour la réalisation de capteurs à fibres optiquesArticle inclus dans l'offre
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1. Généralités
1.1 Essor des capteurs à fibres optiques
Les sciences et technologies liées à la métrologie ont mené au développement d’un nombre important de dispositifs de mesure couvrant un large éventail d’applications. Parmi celles-ci, la caractérisation des propriétés mécaniques et chimiques d’un système ou d’un milieu occupe une place significative. La mesure et le contrôle de la pression, des contraintes, du déplacement, de l’accélération, de la vitesse et des vibrations sont amplement demandées, voire exigées, dans le monde industriel. Les propriétés mécaniques sont, en effet, des indicateurs de l’état de santé des machines (turbines, moteurs, transformateurs…), des véhicules (voitures, aéronautique, navettes spatiales…) et des structures du génie civil (ponts, plates-formes pétrolières, architecture, barrages…). La métrologie des propriétés mécaniques permet de répondre aux besoins de maintenance : un suivi continu offert par les systèmes de mesure renseigne sur la nécessité d’intervention et de réparation. On peut aussi facilement comprendre que la métrologie des propriétés mécaniques joue un rôle essentiel dans le cadre de la sécurité des biens et des personnes. Le suivi des machines et des structures permet de prévenir le danger et d’éviter ainsi un nombre important d’accidents, éventuellement mortels. De plus, il présente aussi un aspect économique. Détecter suffisamment tôt les défauts mécaniques réduit les frais de maintenance puisque cela permet de limiter les dommages matériels, évitant ainsi l’interruption de la production ou du service. Pour l'ensemble de ces raisons, les capteurs sont donc devenus incontournables dans l'industrie. Ils trouvent également leur raison d'être dans la détection des fuites de gaz et d'espèces chimiques ou biochimiques. Le placement de capteurs le long des sites de stockage et de transport de gaz inflammables ou de substances chimiques toxiques s'avère en effet primordial pour se prémunir des risques (explosion, contamination…) liés à l'écoulement involontaire de ces produits.
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La grande majorité des capteurs actuels sont des capteurs dits « électriques » dans le sens où un transducteur transforme l’information utile en un signal électrique qui est souvent transporté par une grandeur électrique (tension, courant)....
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - MEUNIER (J.P.) - Physique et technologie des fibres optiques - Traité EGEM, série Optoélectronique, Hermès Science Publication, Paris (2003).
-
(2) - YU (F.T.S.), YIN (S.), YU (Y.T.S.) - Fiber Optic Sensors - Marcel Dekker Inc. USA (2002).
-
(3) - JONES (J.D.C.) - Handbook of Optical Fiber Sensing Technology – Chapitre 12 : Interferometry and polarimetry for optical sensing - John Wiley & Sons (2002).
-
(4) - ROGERS (A.) - Polarization in optical fibers – Chapitre 6 : Polarimetric optical-fiber sensing - Artech House (2008).
-
(5) - MICHIE (C.) - Fiber Optic Sensors – Chapitre 3 : Polarimetric optical fiber Sensors - CRC Press (2008).
-
(6) - WUILPART (M.) - Advanced Fiber Optics – Chapitre 8 : Rayleigh scattering in optical fibers and applications to distributed...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Portail dédié aux capteurs à fibres optiques :
http://www.opticalfibersensors.org
HAUT DE PAGE
Optical Fiber Sensors (OFS) conference : a lieu tous les dix-huit mois, alternativement en Europe, Asie/Océanie et Amérique.
IEEE Sensors conference : a lieu tous les ans.
European Workshop on Optical Fiber Sensors (EWOFS) : a lieu tous les deux ans en Europe.
HAUT DE PAGE3.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
BaySpec :
Broptics Technology :
FBGS International :
FiberSensing :
Ibsen Photonics :
Luna...
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