EP1067356B1 - Allumeur optique à barreau en verre à gradient d'indice - Google Patents

Allumeur optique à barreau en verre à gradient d'indice Download PDF

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EP1067356B1 EP00401935A EP00401935A EP1067356B1 EP 1067356 B1 EP1067356 B1 EP 1067356B1 EP 00401935 A EP00401935 A EP 00401935A EP 00401935 A EP00401935 A EP 00401935A EP 1067356 B1 EP1067356 B1 EP 1067356B1
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B3/00—Blasting cartridges, i.e. case and explosive
    • F42B3/10—Initiators therefor
    • F42B3/113—Initiators therefor activated by optical means, e.g. laser, flashlight

Definitions

  • the present invention relates to an igniter optical system comprising a pyrotechnic composition ignition is achieved by means of laser radiation who is brought to this pyrotechnic composition by an optical fiber.
  • one of the ends of the optical fiber is connected to a source of laser radiation and the other end of this fiber is engaged in a connector.
  • This type of optical igniter also includes means for ensuring a removable mechanical connection between the optical fiber connector and the pyrotechnic composition.
  • the object of the present invention is to overcome the difficulties above, by creating an optical igniter at the same time simple to realize and to mount, inexpensive, that saves energy and whose operation is perfectly reliable.
  • the invention thus aims at an optical igniter comprising a pyrotechnic composition and a fiber one end of which is connected to a source of laser radiation, the other end adjacent to the pyrotechnic composition being engaged in a connector, means ensuring a mechanical connection between the fiber optic connector and the pyrotechnic composition.
  • this optical igniter provides that between the connector and the pyrotechnic composition is inserted a glass bar whose axis is aligned along the axis of the optical fiber and that of the pyrotechnic composition, this bar in glass being index gradient and consisting of one or two coaxial parts in contact with the composition pyrotechnic and with the end of the optical fiber, so that the laser radiation from said end of the optical fiber crosses the bar in glass and focuses on the face of the glass bar in contact with the pyrotechnic composition.
  • the invention further comprises the peculiar configurations of the index gradient glass bar both recited in the following independent claim 1.
  • the insertion of the aforementioned glass bar between the optical fiber and the pyrotechnic composition ensures perfect transmission of laser energy to this pyrotechnic composition, which guarantees a perfectly reliable operation of the igniter.
  • the gradient glass bar of index is engaged in a bore made in a element made of thermally insensitive material.
  • This material may be of metal with low thermal conductivity, which excludes copper and aluminum.
  • the above item can also be ceramic.
  • the element thermally insensitive material is of a form cylindrical or frustoconical.
  • the optical igniter comprises a composition pyrotechnic 1 and an optical fiber 2 of which one end is connected to a radiation source laser such as a laser diode.
  • the other end of the optical fiber 2 adjacent to the pyrotechnic composition 1 is engaged in a connector 3 carried by a connection ring 3a.
  • Means which will be detailed later provide a removable mechanical connection between the connector 3 of the optical fiber 2 and the composition pyrotechnic 1.
  • This bore 5 encloses a glass bar 6 to index gradient of which one face is in contact with the pyrotechnic composition 1.
  • the opposite side of the bar 6 is intended, after assembly to come in contact with the end 2a of the optical fiber 2.
  • the laser radiation 7 (see figure 2) from the end 2a of the optical fiber 2 cross the glass bar 6 and focuses on the face 6d of the glass bar 6 in contact with the composition pyrotechnic 1.
  • Element 4 in poorly conductive matter thermally can be of low conductive metal thermally, such as stainless steel. Metals such that copper and aluminum can not be suitable.
  • Element 4 in poorly conductive matter thermally can also be ceramic.
  • the element 4 in thermally insensitive material is of a form cylindrical.
  • the cylinder 4 is housed in a cylindrical cavity 8 formed in the metal envelope 9 that surrounds the composition pyrotechnic 1.
  • a tip 11 is screwed into a bore threaded 9a of the envelope 9, so that the end supports hermetically cylinder 4 against the composition pyrotechnic 1.
  • the diameter of the glass rod 6 gradient of index can vary between 1 and 2 mm approximately.
  • the length of the gradient glass bar of index is of the order of 5 mm.
  • This length is such that the radiation laser 7 from the optical fiber 2 can focus on its end.
  • the ratio of the length of the glass bar 6 on its diameter corresponds to the characteristic half-step gradient gradient glass optics.
  • the cylinder 4 which door bar 6 is housed in a cylindrical cavity 8a formed in the metal tip 11a which surrounds the connector 3 of the optical fiber (2) after screwing in the metal shell 9 which surrounds the composition pyrotechnic 1.
  • the bar 6 gradient gradient glass is housed in a bore 5a practiced in the metal tip 11b which after assembly surrounds the connector 3 of the optical fiber 2 and which is screwed into the metal shell 9 surrounding the pyrotechnic composition 1.
  • the bar in gradient gradient glass is in two parts.
  • a first part 6a of the gradient glass bar of index is housed in a bore 5b made in a metal tip 11c which after mounting surrounds the connector 3 of the optical fiber 2 and which is screwed into the metal envelope 9 that surrounds the composition pyrotechnic 1.
  • a second part 6b of the bar in glass is housed in a bore made in an element 12 attached to the end of connector 3 of the fiber optical 2.
  • Figure 6 shows the layout of both parts of the bar 6a, 6b, after screwing on the ring 3a on the tip 11c.
  • the ratio of the length to the diameter of each portion 6a, 6b of the glass bar corresponds to the characteristic quarter-foot of the gradient gradient glass.
  • Figure 6 also illustrates the path of the laser radiation in both parts 6a, 6b of gradient bar.
  • the laser radiation focuses on the end of the pyrotechnic composition 1.
  • Figure 6 shows that a space d exists between the two bar portions 6a, 6b. This distance d can vary from one igniter to another, thus making it possible to compensate for manufacturing tolerances and to save manufacturing and assembly costs.

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Description

La présente invention concerne un allumeur optique comprenant une composition pyrotechnique dont l'allumage est réalisé au moyen d'un rayonnement laser qui est amené vers cette composition pyrotechnique par une fibre optique.
Dans ce type d'allumeur optique l'une des extrémités de la fibre optique est raccordée à une source de rayonnement laser et l'autre extrémité de cette fibre est engagée dans un connecteur.
Ce type d'allumeur optique comporte également des moyens pour assurer une liaison mécanique amovible entre le connecteur de la fibre optique et la composition pyrotechnique.
Un tel allumeur optique a été décrit dans un article publié en 1997 dans la revue « EG & G Optoelectronics » et intitulé « Commercialization of a laser ignited actuator ».
Un autre example d'allumeur optique à barreau en verre est divulgué dans le document US-A-5 914 458.
Dans la pratique, la réalisation d'un tel allumeur optique présente de nombreuses difficultés pour obtenir une parfaite transmission du rayonnement laser, sans perte d'énergie, entre la fibre optique et la composition pyrotechnique.
Le but de la présente invention est de surmonter les difficultés ci-dessus, en créant un allumeur optique à la fois simple à réaliser et à monter, peu coûteux, qui économise l'énergie et dont le fonctionnement est parfaitement fiable.
L'invention vise ainsi un allumeur optique comprenant une composition pyrotechnique et une fibre optique dont une extrémité est raccordée à une source de rayonnement laser, l'autre extrémité adjacente à la composition pyrotechnique étant engagée dans un connecteur, des moyens assurant une liaison mécanique amovible entre le connecteur de la fibre optique et la composition pyrotechnique.
Suivant l'invention, cet allumeur optique prévoit qu'entre le connecteur et la composition pyrotechnique est inséré un barreau en verre dont l'axe est aligné suivant l'axe de la fibre optique et celui de la composition pyrotechnique, ce barreau en verre étant à gradient d'indice et constitué d'une ou deux parties coaxiales en contact avec la composition pyrotechnique et avec l'extrémité de la fibre optique, de telle sorte que le rayonnement laser issu de ladite extrémité de la fibre optique traverse le barreau en verre et se focalise sur la face du barreau en verre en contact avec la composition pyrotechnique.
L'invention comprend en outre les configurations péculiares du barreau en verre à gradient d'indice à la fois récitées dans la suite de la revendication indépendante 1.
Etant donné que la réalisation d'un tel allumeur ne pose pas de problème d'alignement très précis entre la fibre optique et le barreau en verre à gradient d'indice, sa fabrication peut être effectuée à faible coût avec les moyens techniques usuels.
De plus, l'insertion du barreau en verre précité entre la fibre optique et la composition pyrotechnique, assure une transmission parfaite de l'énergie laser vers cette composition pyrotechnique, ce qui garantit une parfaitement fiabilité du fonctionnement de l'allumeur.
De préférence, le barreau en verre à gradient d'indice est engagé dans un alésage pratiqué dans un élément en matière peu conductrice thermiquement. Cette matière peut être en métal peu conducteur thermiquement, ce qui exclut le cuivre et l'aluminium. L'élément ci-dessus peut également être en céramique.
Selon une version de l'invention l'élément en matière peu conductrice thermiquement est de forme cylindrique ou tronconique.
D'autres particularités et avantages de l'invention apparaítront encore dans la description ci-après.
Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs :
  • la figure 1 est une vue en coupe longitudinale de l'allumeur optique selon l'invention ;
  • la figure 2 est une vue à échelle agrandie du barreau en verre à gradient d'indice ;
  • la figure 3 est une vue analogue à la figure 1, montrant une deuxième version de l'allumeur selon l'invention ;
  • la figure 4 est une vue analogue à la figure 1, montrant une troisième version de l'allumeur selon l'invention ;
  • la figure 5 est une vue analogue à la figure 1, montrant une quatrième version de l'allumeur selon l'invention ;
  • la figure 6 est une vue à échelle agrandie du barreau en verre en deux parties de l'allumeur représenté sur la figure 5.
Dans la réalisation représentée sur la figure 1, l'allumeur optique comprend une composition pyrotechnique 1 et une fibre optique 2 dont une extrémité est raccordée à une source de rayonnement laser telle qu'une diode laser.
L'autre extrémité de la fibre optique 2 adjacente à la composition pyrotechnique 1 est engagée dans un connecteur 3 porté par une bague de connexion 3a.
Des moyens qui seront détaillés plus loin assurent une liaison mécanique amovible entre le connecteur 3 de la fibre optique 2 et la composition pyrotechnique 1.
Dans l'exemple de la figure 1, entre le connecteur 3 et la composition pyrotechnique 1 est inséré un élément 4 en une matière peu conductrice thermiquement comportant un alésage 5 dont l'axe est aligné suivant l'axe de la fibre optique 2.
Cet alésage 5 renferme un barreau en verre 6 à gradient d'indice dont une face est en contact avec la composition pyrotechnique 1. La face opposée du barreau en verre 6 est destinée, après montage à venir en contact avec l'extrémité 2a de la fibre optique 2.
Du fait que le barreau 6 soit en verre à gradient d'indice, le rayonnement laser 7 (voir figure 2) issu de l'extrémité 2a de la fibre optique 2 traverse le barreau en verre 6 et se focalise sur la face 6d du barreau en verre 6 en contact avec la composition pyrotechnique 1.
L'élément 4 en matière peu conductrice thermiquement peut être en métal peu conducteur thermiquement, tel que de l'acier inox. Les métaux tels que le cuivre et l'aluminium ne peuvent convenir.
L'élément 4 en matière peu conductrice thermiquement peut également être en céramique.
Dans l'exemple représenté, l'élément 4 en matière peu conductrice thermiquement est de forme cylindrique.
Comme montré par la figure 1, le cylindre 4 est logé dans une cavité cylindrique 8 formée dans l'enveloppe métallique 9 qui entoure la composition pyrotechnique 1. Un embout 11 est vissé dans un alésage fileté 9a de l'enveloppe 9, de façon que l'embout appuie hermétiquement le cylindre 4 contre la composition pyrotechnique 1.
Le diamètre du barreau en verre 6 à gradient d'indice peut varier entre 1 et 2 mm environ.
La longueur du barreau en verre à gradient d'indice est de l'ordre de 5 mm.
Cette longueur est telle que le rayonnement laser 7 issu de la fibre optique 2 puisse se focaliser à son extrémité.
Le rapport de la longueur du barreau en verre 6 sur son diamètre correspond au demi-pas caractéristique optique du verre à gradient d'indice.
Dans l'exemple de la figure 3, le cylindre 4 qui porte le barreau 6 est logé dans une cavité cylindrique 8a formée dans l'embout métallique 11a qui entoure le connecteur 3 de la fibre optique (2) après son vissage dans l'enveloppe métallique 9 qui entoure la composition pyrotechnique 1.
Dans la version selon la figure 4, le barreau 6 en verre à gradient d'indice est logé dans un alésage 5a pratiqué dans l'embout métallique 11b qui après montage entoure le connecteur 3 de la fibre optique 2 et qui est vissé dans l'enveloppe métallique 9 qui entoure la composition pyrotechnique 1.
Dans l'exemple de la figure 5, le barreau en verre à gradient d'indice est en deux parties. Une première partie 6a du barreau en verre à gradient d'indice est logée dans un alésage 5b pratiqué dans un embout métallique 11c qui après montage entoure le connecteur 3 de la fibre optique 2 et qui est vissé dans l'enveloppe métallique 9 qui entoure la composition pyrotechnique 1. Une seconde partie 6b du barreau en verre est logée dans un alésage pratiqué dans un élément 12 fixé à l'extrémité du connecteur 3 de la fibre optique 2.
La figure 6 montre la disposition des deux parties de barreau 6a, 6b, après vissage de la bague 3a sur l'embout 11c.
Dans ce cas, le rapport de la longueur sur le diamètre de chaque partie 6a, 6b du barreau en verre correspond au quart de pas caractéristique optique du verre à gradient d'indice.
La figure 6 illustre également le trajet du rayonnement laser dans les deux parties 6a, 6b de barreau à gradient d'indice.
Comme dans le cas d'un barreau d'une seule pièce, le rayonnement laser focalise sur l'extrémité de la composition pyrotechnique 1.
La figure 6 montre qu'un espace d existe entre les deux parties de barreau 6a, 6b. Cette distance d peut varier d'un allumeur à l'autre, ce qui permet ainsi de compenser les tolérances de fabrication et d'économiser les coûts de fabrication et de montage.
L'allumeur optique que l'on vient de décrire présente les principaux avantages suivants :
  • le barreau en verre 6 à gradient d'indice permet une transmission du rayonnement laser 7 pratiquement sans perte d'énergie (inférieure à 5%) ce qui permet l'utilisation d'une source laser de faible puissance, de l'ordre de 1W, telle qu'une diode laser ;
  • le fait que le barreau en verre 6 soit porté par un élément facilement usinable, facilite le montage du barreau en verre dans l'allumeur et son alignement par rapport à la fibre optique et résout également le problème de l'étanchéité de l'intérieur de l'allumeur par rapport au milieu extérieur.

Claims (9)

  1. Allumeur optique comprenant une composition pyrotechnique (1), une fibre optique (2) dont une première extrémité est raccordée à une source de rayonnement laser et dont la seconde extrémité (2a) est engagée dans un connecteur (3), des moyens (3a,9,11,11a,11b,11c) assurant une liaison mécanique amovible entre le connecteur (3) et la composition pyrotechnique (1), et un barreau (6) en verre à gradient d'indice, dont l'axe est aligné suivant l'axe de la fibre optique (2), qui est inséré entre le connecteur (3) et la composition pyrotechnique (1) et est en contact d'une part avec la composition pyrotechnique (1) et d'autre part avec la deuxième extrémité (2a) de la fibre optique (2) de sorte que le rayonnement laser (7) issu de la deuxième extrémité (2a) de la fibre optique (2) traverse le barreau en verre (6,6a,6b) et se focalise sur la face en contact avec la composition pyrotechnique (1), ledit barreau (6) étant constitué
       soit d'une seule partie (6) dont le rapport de la longueur sur le diamètre correspond au demi-pas caractéristique optique du verre,
       soit de deux parties (6a,6b) coaxiales ayant chacune un rapport de leur longueur sur leur diamètre correspondant au quart du pas caractéristique optique du verre, la partie (6b) en contact avec la fibre optique (2) étant logée dans un alésage pratiqué dans un élément (12) fixé à l'extrémité du connecteur (3).
  2. Allumeur optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le barreau (6,6a,6b) est engagé dans un alésage (5,5a) pratiqué dans un élément (4,11b,11c) en une matière peu conductrice thermiquement.
  3. Allumeur optique selon la revendication 2, caractérisé en ce que la matière thermiquement peu conductrice est un métal.
  4. Allumeur optique selon la revendication 2, caractérisé en ce que la matière thermiquement peu conductrice est une céramique.
  5. Allumeur optique selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que l'élément (4,11b,11c) dans lequel est engagé le barreau (6,6a,6b) est de forme cylindrique.
  6. Allumeur optique selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la partie (6,6a) de barreau en contact avec la composition pyrotechnique (1) est engagée dans un alésage (5,5a) pratiqué dans un élément (4,11b,11c) qui est logé dans une enveloppe (9) métallique entourant la composition pyrotechnique (1) et qui est appuyé hermétiquement contre la composition pyrotechnique (1) par un embout (11,11a,11b,11c) qui entoure le connecteur (3) et qui est vissé dans un alésage fileté (9a) réalisé dans l'enveloppe (9).
  7. Allumeur optique selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'élément (4) dans lequel est engagée la partie (6,6a) de barreau en contact avec la composition pyrotechnique (1) est logé dans une cavité (8) formée dans l'enveloppe métallique (9), l'embout (11) prenant appui sur la face de l'élément (4) opposée à la composition pyrotechnique (1).
  8. Allumeur optique selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'élément (4) dans lequel est engagée la partie (6,6a) de barreau en contact avec la composition pyrotechnique (1) est logé dans une cavité (8a) formée dans l'embout (11a).
  9. Allumeur optique selon la revendications 6, caractérisé en ce que l'élément (11b,11c) dans lequel est engagée la partie (6,6a) de barreau en contact avec la composition pyrotechnique (1) est constitué par l'embout (11b,11c).
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