EP2742318A1 - Capteur de mesure de deformation, fonctionnant en milieu hostile, integrant un module optique de mesure de deplacement, et systeme de mesure utilisant le capteur - Google Patents

Capteur de mesure de deformation, fonctionnant en milieu hostile, integrant un module optique de mesure de deplacement, et systeme de mesure utilisant le capteur

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EP2742318A1
EP2742318A1 EP12748009.3A EP12748009A EP2742318A1 EP 2742318 A1 EP2742318 A1 EP 2742318A1 EP 12748009 A EP12748009 A EP 12748009A EP 2742318 A1 EP2742318 A1 EP 2742318A1
Authority
EP
European Patent Office
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enclosure
deformation
tube
measuring sensor
light
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP12748009.3A
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German (de)
English (en)
Inventor
Stéphane GAILLOT
Nicolas REGAZZONI
Guy Cheymol
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Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Publication of EP2742318A1 publication Critical patent/EP2742318A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G01B11/16—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge
    • G01B11/161—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge by interferometric means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01B9/02055—Reduction or prevention of errors; Testing; Calibration
    • G01B9/02056—Passive reduction of errors
    • G01B9/02057—Passive reduction of errors by using common path configuration, i.e. reference and object path almost entirely overlapping

Definitions

  • the present invention relates to a deformation measuring sensor, able to operate in a hostile environment, integrating an optical module for measuring displacement.
  • This sensor makes it possible to measure in real time, in situ and under severe operating conditions (for example in a fluid whose pressure and / or temperature are high, or in an area exposed to a neutron and gamma photon flux. ), the phenomena of deformation of an object that is subjected to various stresses (for example: temperature, pressure, heating by gamma radiation or wear).
  • this sensor finds applications in various industrial fields, in particular the nuclear and petrochemical fields.
  • this sensor applies to the measurement of the swelling of the sheath of a fuel rod placed in an irradiation device. But it can also be adapted to the measurement of other types of deformation, for example to the extent of the elongation of a fuel rod exposed to a neutron flux.
  • some components may be subject to various stresses that can lead to their deformation.
  • the swelling of a nuclear fuel rod, exposed to a growing neutron flux can reach 10% of its diameter.
  • the present invention aims to overcome these disadvantages.
  • the sensor which is the subject of the invention, makes it possible to measure radial deformations, for example swellings. It is able to operate under conditions of high pressure and high temperature. And it can measure deformations ranging from 0.1 mm to several millimeters, with an accuracy of about 10 micrometers.
  • the measurement is based on a real-time interferometry method, implemented via an optical module positioned in an enclosure which is isolated from the external environment.
  • the present invention relates to a deformation measuring sensor, able to operate in a hostile environment, characterized in that it comprises:
  • a movable element which has opposite first and second faces and which is displaceable with respect to the enclosure along a first axis meeting the first and second faces, the first face being intended to be brought into contact with an object liable to deform the second face being able to penetrate the enclosure through the opening thereof and to reflect an incident light,
  • a waterproof and elastic connection component having a return function between the mobile element and the enclosure
  • an optical module placed in the enclosure, to create an interferential light along a second axis that is not parallel to the first axis, using an auxiliary light, reflected by the second face of the movable element,
  • the first and second axes are perpendicular.
  • the optical module comprises a semi-reflecting mirror and a reflecting surface that cooperate with the second face of the movable member to form a Michelson type interferometer.
  • the measurement sensor comprises a connection bellows between the mobile element and the enclosure.
  • the deformation measurement sensor further comprises a device for pressurizing the chamber with a gas, to equalize the pressure between the inside and the outside of the enclosure.
  • the deformation measuring sensor further comprises a first tube sealingly connected to the chamber, extending along the second axis and allowing the circulation of the interferential light and the auxiliary light, intended to generate the interferential light by means of the optical module.
  • the deformation measuring sensor further comprises an optical fiber which extends into the first tube for transmit the auxiliary light and the interferential light.
  • Part of the optical fiber is preferably bent in the first tube so as to form a dilatation lyre therein.
  • the pressurization device comprises:
  • a second tube sealingly connected to the first tube and provided for supplying the chamber with gas via the first tube
  • a non-return valve mounted on the second tube, to prevent the passage of hostile environment in case of leakage of the enclosure.
  • the deformation measuring sensor prefferably with a sealing device between the optical fiber and the inner wall of the first tube, opposite the chamber with respect to the connection zone between the first and second tubes. second tubes, to prevent the passage of the hostile environment in case of leakage of the enclosure.
  • the present invention also relates to a system for measuring the deformation of an object, comprising:
  • FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view of a particular embodiment of the deformation measuring sensor, object of the invention.
  • FIG. 2 is a schematic view of an example of the deformation measuring system, object of the invention, using the deformation measuring sensor shown in FIG.
  • the senor 2 is used to measure the radial deformation of a sample 4 which extends along a vertical axis X in a hostile medium 6, for example pressurized water at high temperature.
  • This sample 4 is attached to the lower end of a sample holder 8.
  • the upper end of the latter is attached to a plate 10 constituting the head of the sample holder.
  • the sensor 2 is also in the hostile environment 6 and comprises:
  • an enclosure 12 having a cylindrical opening 14 which extends along an axis XI perpendicular to the axis X, a movable element 16 which slides in the opening 14 along the axis XI,
  • a connecting component 18 for connecting the mobile element 16 to the enclosure 12 in an elastic and watertight manner
  • the first face 22 of the mobile element 16 (radial probe) is brought into contact with the sample 4, and its second face 24 is in the enclosure 12.
  • This second face 24 (measurement surface) is able to reflect an incident light that is used to determine the deformation of the sample.
  • connection component 18 is a bellows that surrounds the cylindrical opening 14 and whose two ends are respectively fixed in a sealed manner to the enclosure 12 and to the movable element 16.
  • the optical module 20 is placed in the enclosure 12. It comprises a semi-reflecting mirror 26 and a reflecting surface 28 (reference surface) which is disposed at the bottom of the enclosure 12.
  • the semi-reflecting mirror 26 and the surface reflective 28 cooperate with the second face 24 of the movable member 16 to form a Michelson type interferometer.
  • the reflecting face 24 of the movable member 16 is perpendicular to the axis XI.
  • the reflecting surface 28 is perpendicular to another axis X2 which is perpendicular to the axis XI.
  • the semi-reflecting mirror 26 makes an angle of 45 ° with each of the axes XI and X2 as seen in Figure 1. More specifically, the optical module 20 uses a light 30 which propagates along the axis X2 (from top to bottom in FIG. 1). Part of this light 30 is reflected by the semi-reflecting mirror 26 along the axis XI and is reflected on the reflective face 24 of the movable member 16 towards the semi-reflecting mirror 26. The latter reflects a part thereof ( "First part” below) upwards along the axis X2.
  • Another part of the light 30 is transmitted by the semi-reflecting mirror 26 and is reflected on the reflecting surface 28 in the direction of the semi-reflecting mirror 26.
  • the latter transmits a part ("second part” hereinafter) to the up along the X2 axis.
  • the first and second portions interfere to form an interfering light 36 which propagates upward along the axis X2.
  • any radial deformation of the sample 4 causes a modification of the interferential light 36 (variation of the optical path difference between the light beam which is reflected on the fixed surface 28 and that which is reflected on the movable surface 24) .
  • This modification is representative of the radial deformation. The latter can therefore be determined by an appropriate treatment of the interferential light 36.
  • the sensor 2 is provided with a metal tube 38 which is sealingly connected to the enclosure 12.
  • the tube 38 extends vertically along the axis X2 and passes through the plate 10 as seen in Figure 1. This tube 38 allows the circulation of the lights 30 and 36.
  • the sensor 2 is also provided with an optical fiber 40 which extends along the axis X2 in the tube 38 to transmit these lights 30 and 36.
  • a collimation lens 42 is provided in the enclosure 12 , facing the lower end of the optical fiber 40.
  • the hostile medium 6 is pressurized water at high temperature.
  • the measurement of the deformation of the sample 4 is therefore carried out hot.
  • a device for managing the differential expansion between the optical fiber 40 and the metal tube 38 is a dilatation lyre 44 which is obtained by bending the optical fiber 40 suitably in the tube 38.
  • the water pressure is 15.5 MPa (155 bar) and its temperature is 320 ° C.
  • the sensor 2 is then equipped with a device 45 for pressurizing the chamber 12 with a gas, in order to equalize the pressure between the inside and the outside of the enclosure 12. This avoids prestressing the bellows 18 and the sensitivity of the deformation measurement is improved.
  • This pressurizing device 45 comprises another tube 46, one end of which is sealingly connected to the tube 38 and which also passes through the plate 10. As can be seen, at the other end of the tube 46, means 48 are provided for supplying gas to this tube 46 (and therefore the tube 38 and the chamber 12).
  • the gas used is, for example, nitrogen.
  • the tube 46 in case of failure of the seal of the enclosure 12, and to prevent unwanted lift fluid (pressurized hot water), we equip the tube 46 with a non return valve ⁇ 50. Moreover, it is expected a sealing member 52 between the optical fiber 40 and the inner wall of the tube 38, opposite the chamber 12 with respect to the zone 53 where the tubes 38 and 46 are connected.
  • the hostile environment 6 must itself be isolated from a surrounding external environment 56 and separated from it.
  • a chamber 54 is provided for confining the hostile medium 6. This enclosure 54 is only sketched in FIG. 1. It is sealingly connected to the plate 10.
  • the chamber 54 (containing the medium 6, the sample 4 and the sensor 2) is then immersed in the surrounding external medium 56 and means not shown are provided to introduce the hostile medium 6 into the chamber 54 and control the state (eg temperature and pressure in the case where the hostile medium is pressurized water at high temperature).
  • the tube 38 is then connected to another tube 58, in which there is another optical fiber 59, via a suitable connector 60 allowing sealing against the surrounding external medium 56 and the optical link. between the fibers 40 and 59.
  • the tube 46 is connected to another tube 62 through which the tube 46 is supplied with gas.
  • the connection between the tubes 46 and 62 is provided by a suitable connector 64, allowing sealing against the surrounding external medium 56 and the passage of the gas.
  • the plate 10 is provided with sealed passages 66 and 68 in the areas where it is crossed respectively by the tubes 38 and 46.
  • Figure 2 is a schematic and partial view of an example of the measuring system object of the invention.
  • the system 69 shown in this Figure 2 uses the sensor 2 shown in Figure 1, provides the light 30 and processes the interferential light 36 to determine the deformation of the sample 4.
  • This system comprises a light source 70 which generates the light 30, for example a white light, which is injected into the optical fiber 59 via a semi-reflecting mirror 72 and an appropriate lens 74.
  • the system 69 also includes:
  • a spectrometer 76 which receives, through the semi-reflecting mirror 72 and the lens 74, the interferential light transmitted by the fiber 59,
  • a computer 78 which processes the signals from the spectrometer 76 to determine, in real time, the deformation sought, and a device 80 for displaying the results of the measurements thus carried out.

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Abstract

Capteur de mesure de déformation, fonctionnant en milieu hostile, intégrant un module optique de mesure de déplacement, et système de mesure utilisant le capteur. Le capteur (2) comprend: une enceinte (12) comportant une ouverture (14); un élément déplaçable (16) dont une première face (22) est mise en contact avec un objet (4) qui peut se déformer, par exemple un crayon de combustible nucléaire, sa deuxième face (24) étant réflectrice et pénétrant dans l'enceinte par l'ouverture; un composant de raccordement étanche et élastique (18), ayant une fonction de rappel entre l'élément et l'enceinte; et un module (20), dans l'enceinte, pour créer une lumière interférentielle (36), en utilisant une lumière (30) réfléchie par la deuxième face de l'élément. Une déformation de l'objet provoque une modification de la lumière interférentielle, représentative de la déformation.

Description

CAPTEUR DE MESURE DE DEFORMATION, FONCTIONNANT EN MILIEU HOSTILE, INTEGRANT UN MODULE OPTIQUE DE MESURE DE DEPLACEMENT, ET SYSTEME DE MESURE UTILISANT LE
CAPTEUR
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention concerne un capteur de mesure de déformation, apte à fonctionner dans un milieu hostile, intégrant un module optique de mesure de déplacement.
Ce capteur permet de mesurer en temps réel, in situ et dans des conditions d'utilisation sévères (par exemple dans un fluide dont la pression et/ou la température sont élevées, ou dans une zone exposée à un flux de neutrons et de photons gamma) , les phénomènes de déformation d'un objet qui est soumis à diverses sollicitations (par exemple : température, pression, chauffage par un rayonnement gamma ou usure) .
Ce capteur trouve des applications dans divers domaines industriels, en particulier les domaines nucléaire et pétrochimique. Par exemple, dans le domaine nucléaire, ce capteur s'applique à la mesure du gonflement de la gaine d'un crayon de combustible placé dans un dispositif d'irradiation. Mais il peut aussi être adapté à la mesure d'autres types de déformation, par exemple à la mesure de l'allongement d'un crayon de combustible exposé à un flux de neutrons .
En effet, dans un grand nombre de systèmes industriels, certains composants peuvent être soumis à diverses sollicitations qui peuvent conduire à leur déformation. Par exemple, le gonflement d'un crayon de combustible nucléaire, exposé à un flux neutronique croissant, peut atteindre 10% de son diamètre.
Lorsque la déformation est trop importante, les composants peuvent cesser de fonctionner et même être détruits. Il est donc utile de pouvoir mesurer leur déformation en temps réel, d'autant plus qu'un retour à des conditions normales de fonctionnement peut conduire à la disparition du phénomène de déformation (cas d'une dilatation par exemple) ou ne donner qu'une information globale sur le phénomène (cas d'une usure d'un composant par exemple) .
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
On connaît déjà un capteur de déformation qui utilise un interféromètre de Fabry-Perot (qui interagit avec un faisceau lumineux) . Par contre, la disposition des surfaces de réflexion du faisceau lumineux (dans l'axe de la fibre optique, utilisée avec le capteur) et l'étendue de mesure de déformation atteignable par ce type de capteur (au moins une décade plus faible que celle qui est recherchée (de 0,1 mm à plusieurs millimètres) ) ne permettent pas son utilisation pour l'application mentionnée plus haut, à savoir la mesure du gonflement d'un crayon de combustible nucléaire sous irradiation.
EXPOSÉ DE L' INVENTION
La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients. Le capteur, objet de l'invention, permet de mesurer des déformations radiales, par exemple des gonflements. Il est capable de fonctionner dans des conditions de forte pression et de température élevée. Et il permet de mesurer des déformations allant de 0,1 mm à plusieurs millimètres, avec une précision de l'ordre de 10 micromètres.
La mesure est fondée sur un procédé d' interférométrie en temps réel, mis en œuvre par l'intermédiaire d'un module optique positionné dans une enceinte qui est isolée du milieu extérieur.
De façon précise, la présente invention concerne un capteur de mesure de déformation, apte à fonctionner dans un milieu hostile, caractérisé en ce qu'il comprend :
- une enceinte, comportant une ouverture,
- un élément mobile qui a des première et deuxième faces opposées et qui est déplaçable par rapport à l'enceinte suivant un premier axe rencontrant les première et deuxième faces, la première face étant destinée à être mise en contact avec un objet susceptible de se déformer, la deuxième face étant apte à pénétrer dans l'enceinte par l'ouverture de celle-ci et à réfléchir une lumière incidente,
- un composant de raccordement étanche et élastique, ayant une fonction de rappel entre l'élément mobile et l'enceinte,
et
- un module optique, placé dans l'enceinte, pour créer une lumière interférentielle suivant un deuxième axe qui n'est pas parallèle au premier axe, en utilisant une lumière auxiliaire, réfléchie par la deuxième face de l'élément mobile,
de sorte qu'une déformation de l'objet provoque une modification de la lumière interférentielle, représentative de la déformation.
Selon un mode de réalisation préféré du capteur de mesure de déformation, objet de l'invention, les premier et deuxième axes sont perpendiculaires.
De préférence, le module optique comprend un miroir semi-réfléchissant et une surface réfléchissante qui coopèrent avec la deuxième face de l'élément mobile pour former un interféromètre de type Michelson .
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le capteur de mesure comprend un soufflet de raccordement entre l'élément mobile et l'enceinte.
De préférence, dans ce cas, le capteur de mesure de déformation comprend en outre un dispositif de pressurisation de l'enceinte par un gaz, pour égaliser la pression entre l'intérieur et l'extérieur de l'enceinte.
Selon un mode de réalisation préféré, le capteur de mesure de déformation comprend en outre un premier tube raccordé de façon étanche à l'enceinte, s' étendant suivant le deuxième axe et permettant la circulation de la lumière interférentielle et de la lumière auxiliaire, destinée à engendrer la lumière interférentielle au moyen du module optique.
Dans ce cas, de préférence, le capteur de mesure de déformation comprend en outre une fibre optique qui s'étend dans le premier tube pour transmettre la lumière auxiliaire et la lumière interférentielle.
Une partie de la fibre optique est de préférence courbée dans le premier tube de manière à y former une lyre de dilatation.
De façon avantageuse, le dispositif de pressurisation comprend :
un deuxième tube raccordé de façon étanche au premier tube et prévu pour alimenter l'enceinte en gaz par l'intermédiaire du premier tube, et
- un clapet anti-retour monté sur le deuxième tube, pour empêcher le passage du milieu hostile en cas de perte d'étanchéité de l'enceinte.
Il est également préférable de munir le capteur de mesure de déformation d'un dispositif d'étanchéité entre la fibre optique et la paroi interne du premier tube, à l'opposé de l'enceinte par rapport à la zone de raccord entre les premier et deuxième tubes, pour empêcher le passage du milieu hostile en cas de perte d'étanchéité de l'enceinte.
La présente invention concerne aussi un système de mesure de la déformation d'un objet, comprenant :
- le capteur de mesure de déformation, objet de l'invention,
- une source de lumière auxiliaire, et
- un dispositif de traitement de la lumière interférentielle pour déterminer la déformation. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés ci-après, à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels :
la figure 1 est une vue en coupe longitudinale schématique d'un mode de réalisation particulier du capteur de mesure de déformation, objet de l'invention, et
- la figure 2 est une vue schématique d'un exemple du système de mesure de déformation, objet de l'invention, utilisant le capteur de mesure de déformation représenté sur la figure 1.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
Dans l'exemple de l'invention, qui est schématiquement représenté sur la figure 1, le capteur 2 est utilisé pour mesurer la déformation radiale d'un échantillon 4 qui s'étend suivant un axe vertical X dans un milieu hostile 6, par exemple de l'eau pressurisée à haute température. Cet échantillon 4 est fixé à l'extrémité inférieure d'un porte-échantillon 8. L'extrémité supérieure de ce dernier est fixée à une plaque 10 constituant la tête du porte-échantillon.
Le capteur 2 est également dans le milieu hostile 6 et comprend :
-une enceinte 12 comportant une ouverture cylindrique 14 qui s'étend suivant un axe XI perpendiculaire à l'axe X, -un élément mobile 16 qui coulisse dans l'ouverture 14 suivant l'axe XI,
-un composant de raccordement 18, pour raccorder l'élément mobile 16 à l'enceinte 12 de façon élastique et étanche, et
-un module optique 20.
La première face 22 de l'élément mobile 16 (palpeur radial) est mise en contact avec l'échantillon 4, et sa deuxième face 24 se trouve dans l'enceinte 12. Cette deuxième face 24 (surface de mesure) est apte à réfléchir une lumière incidente qui est utilisée pour déterminer la déformation de l'échantillon.
Dans l'exemple décrit, le composant de raccordement 18 est un soufflet qui entoure l'ouverture cylindrique 14 et dont les deux extrémités sont respectivement fixées de façon étanche à l'enceinte 12 et à l'élément mobile 16.
Le module optique 20 est placé dans l'enceinte 12. Il comprend un miroir semi-réfléchissant 26 et une surface réfléchissante 28 (surface de référence) qui est disposée au fond de l'enceinte 12. Le miroir semi-réfléchissant 26 et la surface réfléchissante 28 coopèrent avec la deuxième face 24 de l'élément mobile 16 pour former un interféromètre de type Michelson.
La face réfléchissante 24 de l'élément mobile 16 est perpendiculaire à l'axe XI. La surface réfléchissante 28 est perpendiculaire à un autre axe X2 qui est perpendiculaire à l'axe XI. Le miroir semi- réfléchissant 26 fait un angle de 45° avec chacun des axes XI et X2 comme on le voit sur la figure 1. Plus précisément, le module optique 20 utilise une lumière 30 qui se propage suivant l'axe X2 (de haut en bas sur la figure 1) . Une partie de cette lumière 30 est réfléchie par le miroir semi- réfléchissant 26 suivant l'axe XI et se réfléchit sur la face réflectrice 24 de l'élément mobile 16 en direction du miroir semi-réfléchissant 26. Ce dernier en réfléchit une partie (« première partie » ci-après) vers le haut suivant l'axe X2.
Une autre partie de la lumière 30 est transmise par le miroir semi-réfléchissant 26 et se réfléchit sur la surface réfléchissante 28 en direction du miroir semi-réfléchissant 26. Ce dernier en transmet une partie (« deuxième partie » ci-après) vers le haut suivant l'axe X2.
Les première et deuxième parties interfèrent pour former une lumière interférentielle 36 qui se propage vers le haut suivant l'axe X2.
Ainsi, toute déformation radiale de l'échantillon 4 provoque une modification de la lumière interférentielle 36 (variation de la différence de chemin optique entre le faisceau lumineux qui se réfléchit sur la surface 28 fixe, et celui qui se réfléchit sur la face 24 mobile) . Cette modification est représentative de la déformation radiale. Cette dernière peut donc être déterminée par un traitement approprié de la lumière interférentielle 36. On reviendra sur cette question dans la description de la figure 2.
Le capteur 2 est pourvu d'un tube métallique 38 qui est raccordé de façon étanche à l'enceinte 12. Le tube 38 s'étend verticalement suivant l'axe X2 et traverse la plaque 10 comme on le voit sur la figure 1. Ce tube 38 permet la circulation des lumières 30 et 36.
Le capteur 2 est également pourvu d'une fibre optique 40 qui s'étend suivant l'axe X2 dans le tube 38 pour transmettre ces lumières 30 et 36. Comme on le voit, une lentille de collimation 42 est prévue dans l'enceinte 12, en regard de l'extrémité inférieure de la fibre optique 40.
Dans l'exemple décrit, le milieu hostile 6 est de l'eau pressurisée à haute température. La mesure de la déformation de l'échantillon 4 est donc effectuée à chaud. On prévoit alors un dispositif pour gérer la dilatation différentielle entre la fibre optique 40 et le tube métallique 38. Ce dispositif est une lyre de dilatation 44 qui est obtenue en courbant la fibre optique 40 de façon appropriée dans le tube 38.
A titre purement indicatif et nullement limitatif, la pression de l'eau vaut 15,5 MPa (155 bars) et sa température vaut 320°C.
On munit alors le capteur 2 d'un dispositif 45 pour pressuriser l'enceinte 12 par un gaz, afin d'égaliser la pression entre l'intérieur et l'extérieur de l'enceinte 12. On évite ainsi de précontraindre le soufflet 18 et l'on améliore la sensibilité de la mesure de déformation.
Ce dispositif de pressurisation 45 comprend un autre tube 46 dont une extrémité est raccordée de façon étanche au tube 38 et qui traverse aussi la plaque 10. Comme on le voit, en l'autre extrémité du tube 46, des moyens 48 sont prévus pour alimenter en gaz ce tube 46 (et donc le tube 38 ainsi que l'enceinte 12) . Le gaz utilisé est par exemple de l'azote.
En outre, en cas de défaillance de l'étanchéité de l'enceinte 12, et pour éviter toute remontée intempestive de fluide (eau chaude pressurisée), on munit le tube 46 d'un clapet anti¬ retour 50. De plus, on prévoit un organe d'étanchéité 52 entre la fibre optique 40 et la paroi interne du tube 38, à l'opposé de l'enceinte 12 par rapport à la zone 53 où se raccordent les tubes 38 et 46.
Dans certains cas, le milieu hostile 6 doit être lui-même isolé d'un milieu externe environnant 56 et séparé de ce dernier. Pour ce faire, on prévoit une enceinte 54 pour confiner le milieu hostile 6. Cette enceinte 54 est seulement esquissée sur la figure 1. Elle est raccordée de façon étanche à la plaque 10.
L'enceinte 54 (contenant le milieu 6, l'échantillon 4 et le capteur 2) se trouve alors plongée dans le milieu externe environnant 56 et des moyens non représentés sont prévus pour introduire le milieu hostile 6 dans l'enceinte 54 et en contrôler l'état (par exemple la température et la pression dans le cas où le milieu hostile est de l'eau pressurisée à haute température) .
Le tube 38 est alors relié à un autre tube 58, dans lequel se trouve une autre fibre optique 59, par l'intermédiaire d'un connecteur approprié 60 permettant l'étanchéité vis-à-vis du milieu externe environnant 56 et la liaison optique entre les fibres 40 et 59. De même, le tube 46 est relié à un autre tube 62 par l'intermédiaire duquel on alimente le tube 46 en gaz. La liaison entre les tubes 46 et 62 est assurée par un connecteur approprié 64, permettant l'étanchéité vis-à-vis du milieu externe environnant 56 et le passage du gaz.
De plus, pour garantir l'étanchéité entre le milieu hostile 6 et le milieu externe environnant 56, la plaque 10 est pourvue de passages étanches 66 et 68 dans les zones où elle est respectivement traversée par les tubes 38 et 46.
La figure 2 est une vue schématique et partielle d'un exemple du système de mesure, objet de l'invention. Le système 69 représenté sur cette figure 2 utilise le capteur 2 représenté sur la figure 1, lui fournit la lumière 30 et traite la lumière interférentielle 36 pour déterminer la déformation de l'échantillon 4.
Ce système comprend une source lumineuse 70 qui engendre la lumière 30, par exemple une lumière blanche, que l'on injecte dans la fibre optique 59 par l'intermédiaire d'un miroir semi-réfléchissant 72 et d'une lentille appropriée 74.
Le système 69 comprend aussi :
-un spectromètre 76 qui reçoit, par l'intermédiaire du miroir semi-réfléchissant 72 et de la lentille 74, la lumière interférentielle 36 transmise par la fibre 59,
-un ordinateur 78 qui traite les signaux issus du spectromètre 76 pour déterminer, en temps réel, la déformation recherchée, et -un dispositif 80 d'affichage des résultats des mesures ainsi effectuées.

Claims

REVENDICATIONS
1. Capteur de mesure de déformation (2), apte à fonctionner dans un milieu hostile (6), caractérisé en ce qu' il comprend :
une enceinte (12), comportant une ouverture ( 14 ) ,
- un élément mobile (16) qui a des première (22) et deuxième (24) faces opposées et qui est déplaçable par rapport à l'enceinte suivant un premier axe (XI) rencontrant les première et deuxième faces, la première face (22) étant destinée à être mise en contact avec un objet (4) susceptible de se déformer, la deuxième face (24) étant apte à pénétrer dans l'enceinte par l'ouverture de celle-ci et à réfléchir une lumière incidente,
- un composant de raccordement étanche et élastique (18), ayant une fonction de rappel entre l'élément mobile et l'enceinte, et
- un module optique (20), placé dans l'enceinte, pour créer une lumière interférentielle (36) suivant un deuxième axe (X2) qui n'est pas parallèle au premier axe (XI), en utilisant une lumière auxiliaire (30), réfléchie par la deuxième face de l'élément mobile,
de sorte qu'une déformation de l'objet provoque une modification de la lumière interférentielle, représentative de la déformation.
2. Capteur de mesure de déformation selon la revendication 1, dans lequel les premier (XI) et deuxième (X2) axes sont perpendiculaires.
3. Capteur de mesure de déformation selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans lequel le module optique (20) comprend un miroir semi- réfléchissant (26) et une surface réfléchissante (28) qui coopèrent avec la deuxième face (24) de l'élément mobile (16) pour former un interféromètre de type Michelson .
4. Capteur de mesure de déformation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant un soufflet (18) de raccordement entre l'élément mobile (16) et l'enceinte (12).
5. Capteur de mesure de déformation selon la revendication 4, comprenant en outre un dispositif (45) de pressurisation de l'enceinte (12) par un gaz, pour égaliser la pression entre l'intérieur et l'extérieur de l'enceinte.
6. Capteur de mesure de déformation selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, comprenant en outre un premier tube (38) raccordé de façon étanche à l'enceinte (12), s'étendant suivant le deuxième axe (X2) et permettant la circulation de la lumière interférentielle (36) et de la lumière auxiliaire (30), destinée à engendrer la lumière interférentielle au moyen du module optique (20) .
7. Capteur de mesure de déformation selon la revendication 6, comprenant en outre une fibre optique (40) qui s'étend dans le premier tube (38) pour transmettre la lumière auxiliaire (30) et la lumière interférentielle (36) .
8. Capteur de mesure de déformation selon la revendication 7, dans lequel une partie de la fibre optique (40) est courbée dans le premier tube (38) de manière à y former une lyre de dilatation (44) .
9. Capteur de mesure de déformation selon la revendication 5 et l'une quelconque des revendications 6 à 8, dans lequel le dispositif de pressurisation (45) comprend :
- un deuxième tube (46) raccordé de façon étanche au premier tube (38) et prévu pour alimenter l'enceinte (12) en gaz par l'intermédiaire du premier tube, et
- un clapet anti-retour (50) monté sur le deuxième tube (46), pour empêcher le passage du milieu hostile (6) en cas de perte d'étanchéité de l'enceinte.
10. Capteur de mesure de déformation selon la revendication 9, comprenant en outre un dispositif d'étanchéité (52) entre la fibre optique (40) et la paroi interne du premier tube (38), à l'opposé de l'enceinte (12) par rapport à la zone de raccord (53) entre les premier (38) et deuxième (46) tubes, pour empêcher le passage du milieu hostile (6) en cas de perte d'étanchéité de l'enceinte.
11. Système (69) de mesure de la déformation d'un objet, comprenant :
- le capteur de mesure de déformation (2) selon l'une quelconque des revendications 1 à 10,
- une source (70) de lumière auxiliaire, et
- un dispositif (76, 78) de traitement de la lumière interférentielle (36) pour déterminer la déformation .
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11169282B2 (en) 2016-09-07 2021-11-09 Atomic Energy Of Canada Limited / Énergie Atomique Du Canada Limitée Detection apparatus and method
CN109387309B (zh) * 2017-08-08 2024-06-18 陈艺征 一种压强传感器
CN109346201B (zh) * 2018-11-22 2019-11-19 河北工业大学 一种基于等效容积测量的核燃料组件内部变形检测装置
CN109360670B (zh) * 2018-12-03 2020-06-09 河北工业大学 一种自适应对中核燃料组件多功能检测装置
CN109373885B (zh) * 2018-12-21 2019-12-27 河北工业大学 一种基于阵列式柔性检测的核燃料组件多功能检测装置
CN113176043B (zh) * 2021-04-16 2022-07-01 南京工程学院 一种气体泄漏检测系统和方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3040583A (en) * 1959-12-10 1962-06-26 United Aircraft Corp Optical pressure transducer
US4665747A (en) * 1985-04-19 1987-05-19 Muscatell Ralph P Flight instrument using light interference for pressure sensing
DE4124755A1 (de) * 1991-07-25 1993-01-28 Esd Gmbh Sicherheits Und Dicht Verfahren und vorrichtung zur sichtbarmachung und/oder messung kleinster verformungen von bauteilen
US6697162B1 (en) * 1999-10-13 2004-02-24 Mitutoyo Corporation Optical interferometric measuring instrument and laser interference apparatus

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3503007A1 (de) * 1985-01-30 1986-07-31 Dr. Johannes Heidenhain Gmbh, 8225 Traunreut Verfahren zum messen von geometrischen groessen und einrichtung zur durchfuehrung des verfahrens
JPS63259403A (ja) * 1986-03-31 1988-10-26 Nankai Rikagaku Kiki Seisakusho:Kk 車高測定装置
US5940180A (en) * 1994-10-11 1999-08-17 Giddings & Lewis Laser interferometer measurement system for use with machine tools
US6269198B1 (en) * 1999-10-29 2001-07-31 Litton Systems, Inc. Acoustic sensing system for downhole seismic applications utilizing an array of fiber optic sensors
US20020196993A1 (en) * 2001-06-26 2002-12-26 Schroeder Robert J. Fiber optic supported sensor-telemetry system
DE102004038239A1 (de) * 2004-08-05 2006-03-16 Vibracoustic Gmbh & Co. Kg Luftfeder mit integrierter optischer Höhenstandssensorik
CN1645040A (zh) * 2005-01-20 2005-07-27 上海交通大学 微位移的平面光波导测量装置
WO2007149733A2 (fr) * 2006-06-19 2007-12-27 Baker Hughes Incorporated Boîtier de capteur isolé
CN201016705Y (zh) * 2007-02-07 2008-02-06 中国科学院上海光学精密机械研究所 微位移高精度实时干涉测量装置
DE102008033820B4 (de) * 2008-07-19 2015-06-25 Audi Ag Kraftfahrzeug mit aktiver Federung
US9091151B2 (en) * 2009-11-19 2015-07-28 Halliburton Energy Services, Inc. Downhole optical radiometry tool
CN101963515B (zh) * 2010-09-29 2012-01-04 哈尔滨工程大学 分布式Michelson光纤白光干涉传感装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3040583A (en) * 1959-12-10 1962-06-26 United Aircraft Corp Optical pressure transducer
US4665747A (en) * 1985-04-19 1987-05-19 Muscatell Ralph P Flight instrument using light interference for pressure sensing
DE4124755A1 (de) * 1991-07-25 1993-01-28 Esd Gmbh Sicherheits Und Dicht Verfahren und vorrichtung zur sichtbarmachung und/oder messung kleinster verformungen von bauteilen
US6697162B1 (en) * 1999-10-13 2004-02-24 Mitutoyo Corporation Optical interferometric measuring instrument and laser interference apparatus

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ANONYMOUS: "Pressurisation - Wikipédia", 20 December 2016 (2016-12-20), XP055396572, Retrieved from the Internet <URL:https://fr.wikipedia.org/wiki/Pressurisation> [retrieved on 20170807] *
See also references of WO2013023976A1 *

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