Comment effectuer des mesures à distance, précises via des capteurs sur fibre optique

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Jean-Christophe René
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2 Comment effectuer des mesures à distance, précises via des capteurs sur fibre optique Éric MAUSSION National Instruments, Ingénieur d applications

3 Les sujets abordés Principe de la mesure optique Les réseaux de Bragg (FBG) Choix du capteur Association aux moyens de tests NI Avantages et applications de la technologie optique

4 Principe de la mesure optique Les propriétés de la lumière envoyée à travers une fibre optique sont modifiées par rapport à une température et une contrainte Immunisées contre les effets électriques Capteur Intensité Phase Longueur d onde Polarisation

à une température et une contrainte Immunisées contre les

5 Principe de la mesure optique Enveloppe protectrice externe Gaine optique Noyau n 1 n 2 n 1 > n 2 Protection interne Indice de réfraction

6 Principe de la mesure optique Fabry-Perot ; 1 à 10 mm, ε, T, P, g Interféromètre Long gage ; 1 à 10 m, ε Raman et Brillioun < 1 m (jusqu à 50 km), ε, T Fibre à réseau de Bragg (FBG) ; 1 à 10 mm (jusqu à 50 km), ε, T, P, g, Δd

7 Les réseaux de Bragg (FBG) Fibre à réseau de Bragg λ Λ b 2n λ Une modification de la distance du pas du réseau modifie la longueur d onde réfléchie

8 Les réseaux de Bragg (FBG) Mesure de température et d élongation ± 2 nm λ λ

9 Les réseaux de Bragg (FBG) Décalage de longueur d onde Coefficient de déformation-optique Coefficient de dilatation thermique Coefficient thermo-optique Déformation Température Longueur d onde initiale

Les réseaux de Bragg (FBG) Capteurs cascadés 1,510 1,590 80 nm Capteur 1 Capteur 2 4 nm

10 Les réseaux de Bragg (FBG) Capteurs cascadés 1,510 1, nm Capteur 1 Capteur 2 4 nm 4 nm λ Longueurs d ondes inutilisées Capteur 3 Capteur 4 2 nm 2 nm 1,512 1,

11 Les réseaux de Bragg (FBG) Capteurs cascadés Périphérique DAQ classique Périphérique DAQ optique

12 Les réseaux de Bragg (FBG) Principe de conversion Position-Longueur d onde Source large bande Coupleur FBG Élément dispersif

13 Sync. Les réseaux de Bragg (FBG) Laser à Balayage Rapide Laser accordable FBG Coupleur Photodétecteur

14 Choix du capteur Température Accélération

15 Choix du capteur Jauge de contrainte

16 Choix du capteur (Précision du périphérique) / (Sensibilité capteur) Exemple de jauge de contrainte FBG 1 pm / ~1,4 pm/ = ~ 0,8 Exemple de FBG de température 1 pm / ~10 pm/ ºC = ~ 0,1 ºC Précision absolue Nécessite les documents d étalonnage des capteurs

0,8 Exemple de FBG de température 1 pm / ~10 pm/ ºC = ~ 0,1 ºC

17 Choix du capteur Longueur d onde minimale et maximale

18 Choix du capteur Longueur d onde minimale et maximale

19 Choix du capteur Longueur d onde minimale et maximale

20 Choix du capteur Longueur d onde minimale et maximale

21 Choix du capteur Formule de mise à l échelle Longueur d onde en phénomène physique

22 Choix du capteur

23 Choix du capteur Niveau de Bruit

24 Choix du capteur Seuil en dessous du maximum Bruit plancher

25 Choix du capteur Bruit plancher

26 Choix du capteur Bruit plancher

27 Choix du capteur Bruit plancher

28 Choix du capteur Seuil miminum Bruit plancher

29 Choix du capteur Niveau d un pic local Largeur minimale

30 Choix du capteur Largeur minimale

31 Association aux moyens de tests NI Statique Entrée en pont NI PXIe-4330 Dynamique Entrée en pont NI PXIe-4331 Thermocouple NI PXIe-4353 Entrée analogique isolée NI PXIe-4300 Interrogateur de capteur fibre optique NI PXIe-4844

32 Association aux moyens de tests NI Châssis maître PXI Connexion MXI ou Ethernet Synchronisation de châssis Grande variété de capteurs Des milliers de voies Grande bande passante et intelligence locale Maître Connexion MXI ou Ethernet Esclave 1 Esclave 2 Esclave 3 Esclave X

33 Du matériel PXIe voies optiques Échantillonnage 10 Hz, laser accordable Gamme de longueur d onde de 1510 à 1590 nm (environ 80 capteurs par voie) 1 pm de précision (~1,2, ~0,1 C) Aucun calibrage externe requis Utilisation des déclenchements PXI Support du Module NI LabVIEW Real-Time

34 Au logiciel : LabVIEW et NI-OSI NI-OSI Explorer Détection et configuration facilitées des capteurs FBG API LabVIEW NI-OSI Similaire à NI-DAQmx Importation de configuration à partir de l exploreur NI-OSI

35 Avantages et applications de la technologie optique Non conductrice (insensible aux hautes tensions) Électriquement passive (utilisable dans les environnements explosifs) Immunisée contre les interférences électromagnétiques (pas de bruits de couplage sur des fils de cuivre)

36 Avantages et applications de la technologie optique Grande distance, unique câble, plusieurs capteurs (système de mesure plus compact)

37 Avantages et applications de la technologie optique Une durée de vie du capteur potentiellement plus longue que les jauges traditionnelles (dépendant du capteur) Aucun étalonnage de capteur requis (pas de modification de comportement dans le temps) Aucun périphérique externe d étalonnage n est requis (spécifique au NI PXIe-4844, référence interne NIST)

38 Avantages et applications de la technologie optique ORION (NASA) Robot d exploration en orbite lointaine

39 QUESTIONS?

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