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RÉSUMÉ
Nombre d'instruments de mesure comportent une fibre optique. Cet article recense l'ensemble des mesures où intervient une fibre optique : mécanique (capteurs de déplacement), électriques (capteurs de tension), magnétiques et nucléaires, jusqu'au thermomètres (analyse spectrale) et capteurs chimiques (capteurs de vapeurs d'alcanes). Sont ensuite décrits des appareils qui utilisent le contrôle par fibre optique, ainsi le fonctionnement des détecteurs de présence, l'endoscopie et les contrôles qualitatifs sont explicités.
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Jean-Claude FESTINGER : Ingénieur ENSEM (École Nationale Supérieure d’Électricité et de Mécanique) - Docteur-ingénieur - Journaliste scientifique
INTRODUCTION
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2. Contrôles par fibres optiques
2.1 Détecteur de présence
Dans nombre d’instruments de mesure incorporant une fibre optique, celle-ci n’est en fait utilisée que pour véhiculer la lumière entre le capteur et l’endroit où le signal lumineux est traité.
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L’exemple le plus simple est le détecteur de passage qui n’est autre qu’une barrière immatérielle avec sa source optique et son détecteur photoélectrique. L’application de ce détecteur à la sécurité des personnes travaillant près de machines dangereuses (voire au comptage) paraît immédiate. Il s’intègre dans un système d’alarme à fibres optiques : la clôture protégée, par exemple, constituée d’une bande de métal barbelé portant, au centre, une rainure longitudinale dans laquelle vient se loger la fibre optique. Des émetteurs-récepteurs à diodes électroluminescentes sont placés le long de la clôture. Toute tentative d’effraction conduit nécessairement à la rupture de la fibre optique et au déclenchement d’une alarme.
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Dans le même ordre d’idée, des capteurs à fibres optiques détectent de faible différences de couleur au moyen d’éléments de couleur rouge, vert, ou bleue. Les applications sont multiples : détection d’une arête de boîte métallique, de colle sur du carton (ou d’absence de colle), de repères de différentes couleurs, de marques sur des tubes…
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Des fibres optiques, combinées à une structure ondulée, ont été insérées à l’intérieur de tapis de sécurité. Dans un capteur de pression à fibres optiques tissées, les microcourbures sont générées par la structure du capteur : un tissage de fibres optiques. Lorsqu’une pression est appliquée sur le tapis, la fibre se déforme en plusieurs petites courbures engendrées par la structure ondulée. La lumière véhiculée s’en trouve atténuée.
Plusieurs configurations peuvent être envisagées : boucle élémentaire (figure 30 a ), réseau à une seule fibre optique tissée (figure 30 b ) pour la mesure d’un effort surfacique, réseau tissé multifibres...
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Contrôles par fibres optiques
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - PIGEON (F.), PELISSIER (S.), MURE-RAVAUD (A.), GAGNAIRE (H.), VEILLAS (C.) - Optical fibre Young modulus measurement using an optical method - . Electronics Letters, Vol. 28, no 11, p. 1034-1035, 21 mai 1992.
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(2) - FORNARI (B.), GUERIN (J.J.), SANSONETTI (P.), LEQUIME (M.), ROMEO (G.) - Strain measurement of carbone/epoxy composite with fibre optics white light quasi distributed polarimetric sensor - . Rapport AGARD « Smart structure for aircraft and spacecraft » [Lindau (1992)].
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(3) - BRAUNSTEIN (J.), RUCHALA (J.), HODAC (B.) - Smart structures : fiber-optic deformation and displacement monitoring - . First International Conference on Bridge Maintenance, Safety and Management (Barcelone, 14 au 17 juillet 2002), IABMAS (2002).
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(4) - DEWYNTER-MARTY (V.), ROUGEAULT (S.), FERDINAND (P.), RENAUDIN (F.), GUILLARD (Y.), JAMES DUPONT (J.), STÉPHANE MAÏ (S.), CAUSSIGNAC (J.-M.) - Évaluation des performances d’extensomètres à fibre optique à réseaux de Bragg pour le Génie Civil - . Colloque du Club SFO/CMOI « Contrôles et Mesures Optiques pour l’Industrie », Belfort, 17 au 21 novembre 2003.
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ANNEXES
Le développement des capteurs à fibres optiques se heurte à un facteur psychologique. Trop souvent, les acheteurs estiment à tort que les composants optiques sont fragiles, qu’ils doivent travailler en environnement propre. Il en résulte que le marché est restreint, limité à quelques niches technologiques, en raison notamment d’un manque d’information des utilisateurs potentiels . On observe toutefois une certaine ouverture dans le secteur des gyromètres à fibres optiques pour le guidage des fusées. Les Japonais proposent des produits de guidage pour l’automobile. Les nombreux projets industriels en cours pourraient faire évoluer le marché.
Plusieurs cabinets d’études ont tenté de donner des évaluations quantitatives du marché des capteurs à fibres optiques. Cependant, les estimations qui en résultent apparaissent souvent contradictoires.
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Études Frost & Sullivan (1994, 1999)
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Étude Business Communications Company (novembre 2005)
Selon une étude : G-116N « Fiber Optics Sensors » rédigée par Lori Weisenbach et publiée par Business Communications Company ( http://www.bccresearch.com) le marché global des capteurs à fibres optiques, qui s’élevait à 288,1 millions de dollars en 2005, passe à 304,3 millions en 2006. La croissance reste modeste, avec un taux annuel moyen de + 4,1 %, pour atteindre un total de ventes de 371,8 millions de dollars en 2011.
Le marché analysé est divisé en deux segments :
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le segment de marché des capteurs intrinsèques (79,9 millions de dollars en 2006) évolue avec un taux moyen annuel de 4,0 % pour atteindre 97,4 millions...
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