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RÉSUMÉ
A contrario des pyromètres, les fibres optiques sont également utilisées dans des thermomètres avec contact. Dans ces capteurs de fibre optique (CFO), la fibre joue le rôle de transducteur et permet suivant sa répartition deux types de mesures : réparties ou distribuées. Cet article présente les principes et les fonctionnalités des capteurs thermiques, intrinsèques, qui utilisent la fibre optique comme transducteur, et extrinsèques en utilisant une autre technique pour la mesure de température.
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Pierre FERDINAND : Docteur d’État ès sciences - Chef de laboratoire au CEA-List, Direction de la Recherche Technologique, Centre d’Études de Saclay
INTRODUCTION
A contrario des pyromètres exploitant le flux IR collecté par la ou les fibres, il existe une seconde catégorie de capteurs à fibre optique (CFO) de température, souvent de type intrinsèque, pour lesquels la fibre joue le rôle de transducteur et pas seulement de canal de transmission. Ces capteurs, pour la plupart multiplexables en réseaux, nécessitent un contact thermique avec les zones à contrôler. On peut les scinder en deux grandes familles suivant le type de la mesure réalisée. Ce sont d’une part les mesures réparties, c’est-à-dire « en continu », qui fournissent un profil de la température le long de la fibre, et d’autre part les mesures distribuées, dont les architectures impliquent des points de mesure discrets reliés à un système de mesure unique, suivant diverses topologies de connexion.
Les principes présidant à la mesure de température par capteur à fibre optique font l’objet de l’article Thermomètres à fibre optique- Procédés de mesure.
Cet article traite des procédés de mesure avec contact. Les thermomètres sans contact (pyromètres) sont présentés dans l’article précédent Thermomètres à fibre optique sans contact : pyromètres. Ces méthodes sont comparées dans Thermomètres à fibre optique, véritable outil d’aide à la sélection.
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1. Capteurs intrinsèques répartis et distribués
Les capteurs distribués et répartis forment deux classes constituant les réseaux de capteurs (RCFO). En ce qui concerne les capteurs de température à contact, deux grands principes de multiplexage dominent. Il s’agit d’une part de la réflectométrie permettant des mesures « continues » (multiplexées dans le domaine temporel ou fréquentiel), donc des profils de température avec une résolution spatiale de l’ordre du mètre, et d’autre part du multiplexage spectral des transducteurs de type « Bragg » fournissant une mesure multiponctuelle suivant diverses topologies de réseaux de mesure. Il est à noter que pour les deux techniques mentionnées, la partie transductrice est située au sein même du cœur de la fibre dont le diamètre n’est pas modifié. Il s’agit donc d’un capteur ou d’une ligne de capteurs filiformes de très petit diamètre (environ 150 µm).
Plusieurs paramètres sont à considérer pour qualifier ces deux approches, naturellement en plus des performances métrologiques habituelles (résolution thermique, dynamique, etc.). En ce qui concerne la réflectométrie, la résolution spatiale et la longueur de fibre interrogeable (la portée de l’instrument) sont les principales caractéristiques à considérer, tandis que pour l’analyse de capteurs à réseaux de Bragg, leur nombre par fibre optique et la dynamique de mesure de chacun d’eux sont les deux principaux paramètres dimensionnants. La possibilité de multiplexer plusieurs lignes de mesure dans le domaine temporel (via un commutateur à fibre optique) est une option appréciable dans tous les cas.
1.1 Thermomètres répartis à effet Raman
1.1.1 Localisation par réflectométrie temporelle
La réflectométrie temporelle dans les fibres optiques est désormais une technique bien connue, puisque étudiée depuis de très nombreuses années [1] [2] [3]. De plus, elle est depuis longtemps utilisée en routine dans le domaine des télécommunications optiques pour analyser et qualifier les liaisons par fibre optique. Dans le jargon du métier, il s’agit de l’OTDR (optical time domain reflectometry, réflectométrie optique...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - FERDINAND (P.), DENAYROLLES (Y.), coll - Potentialités des capteurs distribués et des réseaux de Capteurs à Fibres Optiques à Électricité de France - . Congrès Mesucora 88, Paris, session no 13, pp. 45-78 (1988).
-
(2) - FERDINAND (P.), DENAYROLLES (Y.) - Les réseaux de Capteurs à Fibres Optiques : Principes et applications - . Congrès Mesucora 91, session no 2, Paris, pp. 31-71 (1991).
-
(3) - FERDINAND (P.) - Capteurs à Fibres Optiques et Réseaux associés - . Techniques et Documentation Lavoisier (1992).
-
(4) - FERDINAND (P.), MAGNE (S.), DEWYNTER-MARTY (V.), MARTINEZ (C.), ROUGEAULT (S.), BUGAUD (M.) - Applications of Bragg Grating Sensors in Europe (Applications des Capteurs à Réseaux de Bragg en Europe) - . Inter. Conf. on Optical Fiber Sensor OFS’12, Williamsburg, pp. 14-15 (1997).
-
(5) - Thermomètre à fibre optique : le thermomètre idéal ? - Mesures, pp. 53-57 (3 oct. 1983).
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...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
Optoelectronic Industry and Technology Development Association (OITDA) http://www.oitda.or.jp
Lawrence Livermore National Laboratory (pyrométrie bicolore) http://www.llnl.gov
International Technology Research Institute, Optical Sensors Technology http://itri.loyola.edu/opto/c6_s3.htm
Business Communications Company, Fiber Optic Sensors http://www.buscom.com/instru/G116R.html
The International Society for optical engineering http://www.spie.org
Collected Papers of the International Conferences on Optical Fiber Sensors (OFS), 1983-1997. SPIE, OSA, LEOS (1999) http://www.spie.org/web/abstracts/pdfs/CDP01.pdf
HAUT DE PAGE2 Constructeurs et fabricants (Liste non exhaustive)
Le tableau récapitule les principaux concepteurs et fabricants de CFO de température, ainsi que leurs distributeurs.
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