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Procédé et appareil pour surveiller la présence et la direction de la lumière dans des fibres optiques Domaine technique
La présente invention concerne l'équipement et les processus de vérification ou de surveillance de fibres optiques. Plus particulièrement, l'invention concerne des procédés et un appareil nouveaux et améliorés pour déterminer la présence ou l'absence d'une activité ondulatoire optique (que, par commodité, on appellera ci-dessous simplement"lumière") dans une fibre optique particulière et, lorsque de la lumière est présente, pour déterminer sa direction et son amplitude.
Technique antérieure
Il est souvent nécessaire de déterminer si de la lumière est ou non transmise à un moment donné par une partie particulière d'une fibre optique d'un équipement à fibres optiques en fonctionnement. Il est également souvent utile de connaître la direction de la lumière dans la fibre et, dans certains cas, le niveau d'intensité de la lumière. La fibre vérifiée fait habituellement partie de plusieurs fibres formant un câble ou un faisceau optique qui traversent une plaque de jonction, ou la lumière.
On dispose actuellement de différents dispositifs du type sonde de détection de lumière pour effectuer cette surveillance. Ces sondes travaillent en détectant les pertes de lumière, c'est-à-dire la lumière transmise à travers la paroi de la fibre, dans une macro-courbe de la fibre placée dans
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la sonde. Ceci exige de débrancher ou de déballer la fibre de la plaque de jonction pour l'insérer dans la sonde. En plus du fait que cette opération est fastidieuse et prend du temps, il arrive parfois que la fibre ne soit pas suffisamment longue pour pouvoir être insérée de la manière appropriée dans la sonde. De plus, les fibres risquent de se rompre ou d'autres dommages au cours de la vérification.
Objets de l'invention
Un objet principal de la présente invention est de fournir un moyen plus simple et plus économique, mais très fiable, pour vérifier l'activité lumineuse dans des fibres optiques.
Un autre objet est de proposer un procédé de vérification ou de surveillance de la présence et de la direction de l'activité lumineuse dans une fibre optique sans déballer ou enlever la fibre d'une plaque de jonction ou similaire, et sans interrompre la transmission.
Un objet supplémentaire est de fournir un dispositif nouveau et amélioré et une sonde de structure compatible pour réaliser les processus de surveillance de la lumière sur des macro-courbes de fibres optiques.
Encore un autre objet consiste à proposer un appareil incorporé directement dans une plaque de jonction de fibres optiques ou similaires, pour permettre une vérification rapide et simple de l'activité lumineuse dans des fibres individuelles.
Certains autres objets seront évidents, et d'autres apparaîtront à la lumière de ce qui suit.
Résumé de l'invention
Le dispositif utilisé pour surveiller l'activité lumineuse comporte un dispositif de fixation et une sonde manuelle. Le dispositif de fixation peut être monté de manière permanente sur une plaque de jonction ou une autre pièce classique d'un équipement à fibres optiques par lequel passe la fibre à vérifier. Le dispositif de fixation comporte une surface concave de courbure prédéterminée et très finement polie. La fibre à vérifier passe sur cette surface et, lorsque la vérification est effectuée, elle est saisie et déplacée vers la surface concave par une extrémité distale de la sonde.
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Le dispositif de fixation et la sonde comportent également des moyens d'engagement qui coopèrent pour assurer un alignement correct de la sonde par rapport à la surface concave.
Le déplacement de la fibre par la sonde provoque une macro- courbe dans la fibre, ce qui entraîne que la lumière se déplaçant éventu- ellement dans la fibre traverse la paroi de la fibre. Cette lumière est renvoyée par la surface polie du dispositif de fixation vers une cellule photoélectrique située dans la sonde. Un témoin prévu sur la sonde ou sur un dispositif séparé auquel la sonde est reliée indique la présence ou l'absence d'une activité lumineuse en réponse à la détection de la lumière par la cellule photoélectrique. Le masquage sélectif d'une lentille formant l'extrémité distale de la sonde fournit un procédé de détermination de la direction de la lumière se déplaçant dans la fibre lorsque la sonde est insérée dans le dispositif.
En fonction de la direction du déplacement de la lumière, la zone de fuite de lumière hors de la fibre apparaîtra dans l'une des deux positions sur la surface réfléchissante, et le masquage de parties de la lentille permet la détection de la position de la zone de fuite.
Dans le mode de réalisation préféré, le dispositif comporte une plaque supérieure et une plaque inférieure. La plaque inférieure comprend une ou plusieurs zones concaves polies en acier inoxydable ou autre matériau très réfléchissant, dont le diamètre et le rayon de courbure sont prédéterminés. Des rainures s'étendent à la surface de la plaque, en partant de côtés opposés des zones concaves jusqu'au bord de la plaque de base. La fibre à surveiller traverse ces rainures et traverse donc la zone concave suivant un diamètre, et y est retenue par la plaque supérieure lorsque l'on installe celle-ci de telle sorte qu'elle recouvre la plaque de base.
Pour assurer un alignement correct, deux chevilles prévues dans la plaque inférieure s'enfoncent dans des trous de positionnement de la plaque supérieure. La plaque supérieure est traversée par une ouverture d'un diamètre essentiellement égal à celui de la zone concave de la plaque inférieure, et est positionnée en alignement sur celle-ci. Un contrealésage prévu sur la face supérieure de la plaque supérieure fournit un épaulement en gradin qui entoure l'ouverture traversant la plaque
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supérieure. La sonde est de forme cylindrique et une lentille est disposée à son extrémité distale. Un collier périphérique fournit une surface en gradin située sur la sonde à une distance axiale prédéterminée de l'extrémité de la lentille.
Les dimensions de la sonde et du collier leur permettent de coopérer avec la plaque supérieure et la plaque inférieure du dispositif, pour permettre une insertion réglée de la sonde dans l'ouverture de la plaque supérieure dans une orientation prédéterminée par rapport à la zone concave de la plaque inférieure. Une ouverture ou une rainure situées à la périphérie du collier engagent l'une des chevilles pour définir une orientation en rotation correcte de la sonde par rapport à la zone concave et à la position de la fibre. La courbure convexe de la lentille est reliée à la courbure de la zone concave de la plaque inférieure, de manière à fournir une macro-courbe réglée de la fibre lorsque la sonde est insérée et que la fibre est engagée par l'extrémité de la lentille.
La distance d'insertion de la sonde est limitée par la butée du collier avec la plaque supérieure et la position axiale, fixée de manière libérable, de la sonde par rapport au collier. Ceci évite d'endommager la fibre ou d'effectuer des lectures incorrectes qui pourraient résulter d'une pression excessive appliquée sur la sonde. La sonde est alignée axialement et sa position est stabilisée par une rondelle prévue sur la sonde et qui s'engage dans le contre-alésage de la plaque supérieure.
La macro-courbe réglée provoque une faible perte de lumière à travers la paroi de la fibre. La lumière qui s'échappe de la fibre est réfléchie par une première partie de la surface concave de la plaque inférieure lorsque la lumière se déplace dans la fibre dans une première direction.
Lorsque la lumière se déplace dans la direction opposée, la lumière qui s'échappe est réfléchie par une deuxième partie de la surface concave. La lentille est masquée de manière à permettre la réception de la lumière réfléchie par la première partie lorsque la sonde se trouve dans une première orientation en rotation, et par la deuxième partie lorsque la sonde se trouve dans une deuxième orientation en rotation. Ainsi qu'on l'a indiqué plus haut, l'orientation en rotation est réglée par l'engagement en correspondance de parties du collier de la sonde avec les chevilles de
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positionnement prévues sur le dispositif. Ainsi, l'orientation de la sonde lorsque la lumière est détectée donne une indication de la direction de la lumière dans la fibre.
Les caractéristiques ci-dessus et d'autres caractéristiques de struc- ture et de fonctionnement de l'invention seront comprises plus aisément et appréciées de manière plus complète à la lecture de la description détail- lée qui suit, en référence aux dessins annexés.
Brève description des dessins
La figure 1 est une vue en perspective d'une partie de l'appareil selon l'invention ; la figure 2 est une vue en plan depuis le haut de la plaque inférieure de la partie de fixation de l'appareil ; la figure 3 est une vue en élévation et en coupe suivant la ligne 3-3 de la figure 2 ; la figure 4 est une vue en plan depuis le haut de la plaque supérieure de la partie de fixation ; la figure 5 est une vue en élévation et en coupe suivant la ligne 5-5 de la figure 4 ; la figure 6 est une vue en plan depuis le haut de la partie sonde de l'appareil ; la figure 7 est une vue partielle en élévation et en coupe suivant la ligne 7-7 de la figure 6 ; la figure 8 est une vue en plan depuis le haut de la partie sonde engagée en relation de fonctionnement sur la partie de fixation ;
et la figure 9 est une vue en élévation et en coupe suivant la ligne 9-9 de la figure 8.
Description détaillée
Si nous nous référons maintenant aux dessins, on voit que l'appa- reil selon l'invention, représenté dans la figure 1, comporte une partie sonde et une partie de fixation, qui sont respectivement désignées de manière générale par les références numériques 10 et 12. La partie sonde 10 comporte une tige allongée contenant une cellule photoélectrique et les connexions électriques appropriées, et est appelée ici sonde 14,
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rondelle 16 et collier 18. La partie de fixation 12 comporte une plaque infé- rieure et une plaque supérieure superposées 20 et 22.
La partie sonde 10 peut être engagée fonctionnellement sur la partie de fixation 12 pour réaliser les processus de surveillance ou de mesure, que l'on décrira plus loin, dans deux orientations opposées à 1800 autour de l'axe longitudinal de la sonde 14, qui sont déterminées par celle des entailles ou rainures 24 et 26 prévues à la périphérie du collier 18 qui entoure partiellement le goujon cylindrique 28.
La fibre optique 30 s'étend dans une rainure 32 en forme de V prévue dans la plaque inférieure 20 et dont l'on peut voir une extrémité dans la figure 1, et est maintenue dans la rainure par la plaque supérieure 22 qui y est superposée. Dans la figure 1, on a représenté la fibre 30 reliée à une source de lumière 34 sur un côté de la partie de fixation 12, et à un dispositif de mesure de puissance 36 prévu du côté opposé, ce qui fournit un moyen d'étalonnage efficace d'une manière qui sera décrite plus loin. Le moyen de détection de lumière (cellule photoélectrique) prévu dans la sonde 14 est relié par un connecteur électrique 38 à un dispositif manuel de mesure 40. Il est préférable que la partie de fixation 12 soit montée fixement dans un appareil classique que traverse la fibre à vérifier, par exemple une plaque de jonction.
Les figures 2 et 3 montrent des détails de la plaque inférieure 20.
Deux zones concaves identiques 42, 43 sont formées côte à côte sur une face de la plaque 2. Des rainures 32 et 32's'étendent depuis des côtés diamétralement opposés de la zone concave 42, le long d'un premier axe linéaire, vers des bords opposés de la plaque inférieure 20. De même, des rainures 40 et 44 s'étendent depuis des côtés opposés de la zone 43, le long d'un deuxième axe linéaire, vers des bords opposés de la plaque 20. Les rainures 32, 32', 44 et 44'ont une section transversale qui est de préférence en forme de V et qui est suffisamment grande pour que la fibre à surveiller puisse être disposée lâchement dans la rainure, en dessous du plan de la surface dans laquelle les rainures et la zone concave sont formées.
Bien qu'au moins une zone concave et un jeu de rainures soient prévus dans chaque plaque inférieure, leur nombre total est optionnel. En tout cas, la surface de toutes les zones concaves est polie très finement
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et est réfléchissante. Des chevilles 28,28'sont engagées par filetage dans des ouvertures creusées à proximité de coins opposés de la plaque, et débordent de la surface dans laquelle les zones 42 et 43 et les rainures
32,32', 44 et 44'sont formées.
Si nous nous référons maintenant aux figures 4 et 5, on y voit que la plaque supérieure 22 présente des ouvertures 46,47 dont l'entraxe est égal à celui des zones concaves 42,43. Les deux ouvertures 46,47 présentent un contre-alésage par rapport à ce que l'on appelle la surface supérieure, pour fournir des épaulements en gradins 48, 49 respectifs autour des ouvertures 46,47. Deux autres ouvertures 50, 51 dotées d'un contre-alésage fournissent des épaulements 52,53 dans la plaque supérieure 22, et présentent le même diamètre et le même écartement que les chevilles 28, 28'. La partie de fixation 12 est assemblée en superposant la plaque supérieure 22 sur la plaque inférieure 20, l'alignement correct étant fourni par les chevilles 28,28'passant par les ouvertures respectives 50 et 51.
Avant de placer la plaque supérieure sur la plaque inférieure, on place la fibre 30 dans les rainures 32,32', la fibre traversant donc la zone concave 42, et une deuxième fibre est placée dans les rainures 44,44' pour traverser la zone 43. Bien que les fibres soient maintenues dans les rainures correspondantes lorsque la surface inférieure de la plaque supérieure 22 entre en contact avec la surface supérieure de la plaque inférieure 20, la section transversale des fibres est considérablement plus petite que celle des rainures, et elles peuvent s'y déplacer librement en longueur.
La partie sonde 10 est représentée plus en détail dans les figures 6 et 7. La sonde 12 est installée à une extrémité, avec une lentille dont une moitié est masquée pour empêcher l'entrée de la lumière ; la partie ouverte et la partie masquée de la lentille sont désignées respectivement par les références numériques 52 et 52'. La lumière entrant dans la lentille par la partie ouverte 52 vient frapper la cellule photoélectrique 53 en générant un signal électrique dont l'amplitude est proportionnelle à l'intensité de la lumière reçue. Le corps cylindrique de la sonde 14 est entouré par une rondelle annulaire 16 qui à son tour est entourée par la paroi d'une ouverture du collier 18.
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La périphérie externe du collier 18 est de forme irrégulière et comporte des parties incurvées 54,54'qui sont symétriques par rapport au centre de l'ouverture du collier, et des parties planes 56, 56'. Des rainures ou entailles semi-cylindriques 24 et 26 sont formées dans la périphérie du collier 28, sur des côtés diamétralement opposés de ce dernier ; les diamètres et l'entraxe des entailles 24 et 26 sont essentiellement égaux à ceux des chevilles 28, 28'. Une ouverture taraudée 60 traverse radialement le collier 18, pour recevoir une vis d'ajustement 60 qui peut être avancée pour engager la rondelle 16 et fixer de manière
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libérable la position axiale et la position en rotation de la rondelle et de la sonde 14 qui y est fixée en permanence par rapport au collier 18.
Le jeu entre la rondelle 16 et l'ouverture du collier 18 est étroit, mais permet un déplacement relatif axial et en rotation lorsque la vis d'ajustement 62 n'est pas engagée.
Les figures 8 et 9 montrent l'association fonctionnelle de la partie sonde et de la partie de fixation. L'étalonnage initial est réalisé en raccordant une fibre qui passe dans les rainures en V d'un dispositif de fixation à une source de lumière et à un dispositif de mesure de puissance disposés sur les côtés opposés du dispositif de fixation. Ainsi qu'on le voit dans la figure 1, par exemple, la fibre 30 s'étend dans les rainures 32 et 32', est reliée à une source de lumière 34 d'un côté et à un dispositif de mesure de puissance 36 de l'autre côté de la partie de fixation 12. La vis d'ajustement 62 étant dégagée de la rondelle 16, comme on le voit dans la figure 7, l'extrémité de la sonde 14 portant la lentille est insérée dans l'ouverture 46 de la plaque supérieure 22.
Le collier 18 est tourné de manière à aligner l'entaille 24 sur la cheville 28, pour permettre à la surface inférieure du collier 18 de se poser contre la surface supérieure de la plaque supérieure 22.
La source de lumière 34 émettant de la lumière dans la fibre 32 dans la direction de la flèche A, et le dispositif de mesure 36 fournissant une indication de l'intensité de cette lumière, la sonde 14 et la rondelle 16 sont avancées axialement par rapport au collier 18 de telle sorte que la rondelle 16 pénètre dans la partie en contre-alésage de l'ouverture 46, comme on le voit dans la figure 9. Pendant ce déplacement, l'extrémité de
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la lentille vient en contact avec la fibre 30 et la déplace dans la zone concave 42 et crée une macro-courbe, ce qui fait passer de la lumière à travers la paroi de la fibre.
Lorsque la lumière se déplace dans la direction de la flèche A pendant l'opération d'étalonnage, la lumière de fuite vient généralement frapper la zone indiquée en A 1 de la surface réfléchissante de la zone concave.
La sonde 14 et la rondelle 16 sont orientées en rotation par rapport au collier 18 de telle sorte que le côté ouvert ou non masqué 52 de la lentille soit tourné vers la zone A', la lumière réfléchie venant frapper la cellule photoélectrique 54 en fournissant une lecture sur le dispositif de mesure 40. L'importance de l'atténuation, c'est-à-dire de la quantité de lumière qui fuit hors de la fibre, est de préférence proche du minimum nécessaire pour produire des mesures significatives, par exemple entre 1 et 3 dB, et de préférence d'environ 2 dB. La position axiale de la sonde 14 et de la rondelle 16 sont ajustées manuellement tout en observant les mesures sur les dispositifs de mesure 36 et 40.
Lorsque l'on obtient sur le dispositif de mesure 40 une lecture de la valeur voulue ou située dans la plage voulue, la partie sonde 10 est enlevée de la partie de fixation 12 et on serre la vis d'ajustement 62. Le jeu étroit entre la rondelle 16 et l'ouverture du collier 18 sert à maintenir par friction les pièces en position relative correcte jusqu'à ce que la vis d'ajustement soit serrée.
La lecture sur le dispositif de mesure 40, qui est proportionnelle à la quantité de lumière réfléchie qui vient frapper la cellule photoélectrique 54 et au signal électrique résultant qui est généré de cette façon (de préférence dans la plage de 1 à 3 dB) est notée lorsque les positions relatives de la sonde et du collier sont fixées par la vis d'ajustement. L'intensité de la lumière produite par la source de lumière 34 et pénétrant dans la fibre 30 est connue, et on la compare à la lecture sur le dispositif de mesure 36 pour obtenir une indication de la quantité totale de lumière perdue lorsque la lentille de la sonde est en contact avec la fibre.
En d'autres termes, de la lumière sera perdue sur la macro-courbe en plus de celle réfléchie vers la cellule photoélectrique 53, et on peut calculer l'atténuation totale en soustrayant l'intensité de la lumière reçue sur le dispositif de mesure 36 de celle produite par la source de lumière 34. On
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peut ainsi établir une relation directe entre la mesure sur le dispositif de mesure 40 et l'intensité de la lumière transportée par la fibre 30.
On comprend que l'agencement représenté dans la figure 1, c'est- à-dire la connexion de la fibre 30 à la source lumineuse 34 et au dispositif de mesure de puissance 36, est utilisé uniquement pendant l'opération d'étalonnage. La partie sonde 10 est alors prête à être utilisée avec toute partie de fixation de mêmes dimensions que celle utilisée dans l'opération d'étalonnage. On envisage de monter de manière permanente plusieurs parties de fixation 12 dans des équipements classiques à fibres optiques tels qu'une plaque de jonction, l'une des fibres à surveiller passant dans les rainures en V et sur la zone concave d'une partie de fixation correspondante.
On peut alors placer une partie sonde étalonnée 10 à laquelle un dispositif de mesure 40 est relié, en association fonctionnelle successive avec des parties de fixations identiques, en produisant ainsi une macrocourbe dans les fibres qui les traversent. La partie sonde est initialement placée dans l'une des deux orientations possibles par rapport au collier.
Une lecture sur le dispositif de mesure 40 montre la présence et la direction de l'activité lumineuse dans la fibre. Si l'on n'obtient aucune réponse sur le dispositif de mesure 40, la partie sonde est retirée, on inverse son orientation, c'est-à-dire qu'ont fait tourner la partie sonde de 180 , et on la pose à nouveau sur la partie de fixation. Dans cette position, une lecture sur le dispositif de mesure 40 indique la présence de lumière en déplacement dans la direction de la flèche B et réfléchie par la zone B'. En outre, par extrapolation à partir des valeurs obtenues pendant l'opération d'étalonnage, la valeur de la lecture sur le dispositif de mesure 40 fournit une indication de l'intensité de la lumière transportée par la fibre.
On insiste de nouveau sur le fait que les opérations de surveillance selon l'invention sont réalisées sans devoir interrompre la transmission normale de la lumière par les fibres. Il n'est pas nécessaire de déballer, de débrancher ou d'isoler des fibres individuelles une fois qu'elles ont été installées de telle sorte qu'elles traversent leurs dispositifs de fixation respectifs. La surveillance de l'activité lumineuse est effectuée en une
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fraction du temps nécessaire dans les processus de la technique antérieure. Lorsqu'une partie sonde a été ajustée pour travailler avec un dispositif de fixation particulier, on peut l'utiliser pour surveiller des fibres dans un nombre illimité de dispositifs de fixation identiques.
Les dimensions de certaines parties du dispositif de fixation, par exemple le degré de courbure et le diamètre de la zone concave, seront influencées par le diamètre de la fibre avec laquelle elles seront utilisées. On obtient des mesures fiables et reproductibles parce que l'ajustement mécanique de la partie sonde et de la partie de fixation garantissent que la macro-courbe sera de même configuration, et que la lentille sera toujours dans la même relation prédéterminée par rapport à la fibre et à la zone concave du dispositif de fixation chaque fois que l'on répète le processus.