FR2562741A1 - Systeme de collecte de donnees a fibres optiques - Google Patents

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FR8505128A
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Inventor
Kenneth Avicola
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ExxonMobil Upstream Research Co
Original Assignee
Exxon Production Research Co
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Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN SYSTEME DE COLLECTE DE DONNEES A FIBRES OPTIQUES UTILISANT LE MULTIPLEXAGE TEMPOREL. SUR UNE FIBRE PRINCIPALE 1 SONT FORMES PLUSIEURS MODULATEURS 10, 11, 26 COMPRENANT DES PREMIERE ET SECONDE PORTIONS DE FIBRE 33, 32 DONT L'ECARTEMENT VARIE EN FONCTION D'UN SIGNAL EXTERNE INCIDENT. UNE IMPULSION LUMINEUSE INTERROGATRICE ENVOYEE DANS LA FIBRE PAR UN EMETTEUR 2 EST PARTIELLEMENT RENVOYEE PAR CHAQUE MODULATEUR SOUS L'EFFET DE COUPLAGE PAR CHAMP EVANESCENT DES DEUX PORTIONS DE FIBRE, L'INTENSITE DE LA FRACTION RENVOYEE DEPENDANT DU SIGNAL INCIDENT. LES FRACTIONS RENVOYEES PROVENANT DES MODULATEURS SONT CONVERTIES EN UN SIGNAL ELECTRIQUE ET TRAITEES PAR DES MOYENS 27 QUI LES IDENTIFIENT QUANT AUX MODULATEURS OU RANGEES DE MODULATEURS DONT ELLES PROVIENNENT GRACE A LEUR ORDRE CHRONOLOGIQUE. APPLICATION AUX CABLES A HYDROPHONES POUR SEISMOLOGIE OCEANIQUE.

Description

La présente invention concerne d'une façon géné-
rale des systèmes employant le multiplexage temporel pour
collecter des données provenant de deux ou plusieurs cap-
teurs, ainsi que des capteurs et modulateurs utilisés dans
ces systèmes. Dans l'ensemble de la présente description,
le terme "capteur" sera employé pour désigner un dispositif
apte à détecter un phénomène physique en examen et à con-
vertir directement le signal détecté en un signal modulé
présent à la sortie du capteur. Dans l'ensemble de la pré-
sente description, le terme "modulateur" sera employé pour
désigner un dispositif parmi la vaste gamme de ceux qui
comprennent tant les "capteurs" que des dispositifs (uti-
lisés en association avec les "capteurs") qui ne détectent
pas directement un phénomène physique en examen, mais plu-
tôt reçoivent le signal de sortie d'un capteur et conver-
tissent ce signal de sortie de capteur en un signal modulé
d'un autre type propre à la transmission. Plus particuliè-
rement, la présente invention concerne des modulateurs (et des capteurs) capables de moduler l'intensité d'un signal lumineux d'interrogation en réponse aux variations d'un signal incident, et des systèmes de collecte de données à
multiplexage temporel qui comprennent une ou plusieurs ran-
gées de tels modulateurs (ou capteurs).
L'invention met à profit l'effet connu en tant
que "couplage par champ évanescent" selon lequel une frac-
tion de l'énergie électromagnétique injectée dans un seg-
ment de fibre optique est transférée à un segment adjacent de fibre optique, l'intensité de la fraction transférée étant fonction de l'écart existant entre les deux segments de fibre optique. Les signaux arrivant sur le modulateur (et le capteur) décrit ici provoquent le déplacement d'un segment de fibre, dans lequel passe une impulsion lumineuse interrogatrice, relativement à un autre segment de fibre, de façon à engendrer dans ce dernier segment un signal transféré de retour dont l'intensité dépend de l'écart existant entre les deux segments à l'instant o l'impulsion
interrogatrice passe dans le premier segment.
Pour la collecte de données provenant d'un grand
nombre de capteurs, il a été fait usage de procédés appar-
tenant à deux types généraux. Dans le premier, une ligne
bifilaire est amenée de chaque capteur jusqu'à un dispo-
sitif d'enregistrement des données. Dans le second, une certaine forme de multiplexage est mise en oeuvre de telle façon que les données provenant de plusieurs capteurs sont appliquées sur un bus de données consistant en une ligne
bifilaire simple, un câble coaxial ou un câble optique.
Par la mise en pratique des procédés du second type, on
réalise une économie de fils (ou autre support de trans-
mission de données) et d'espace pour le passage des câbles.
Cependant, dans la mise en pratique des formes de réalisa-
tion classiques des procédés de ce type, une quantité im-
portante de matériel électronique est généralement requise pour numériser et coder l'information provenant de chaque point d'entrée correspondant à un capteur. Par la mise en pratique du procédé de la présente invention, on obtient les avantages du multiplexage, et on réduit la quantité de matériel électronique nécessaire à chaque interface
capteur-bus de données.
Un domaine d'application important de la présente
invention est celui de la séismologie océanique. En séismo-
logie océanique, la technique la plus couramment utilisée pour l'obtention des données géophysiques est la technique du séismographe à réflexion qui nécessite typiquement la mise en oeuvre d'un grand nombre de rangées d'hydrophones connectées de façon à constituer un câble à hIdrones ou "flûte marine". Le câble à hydrophones est traîné derrière un navire de prospection
sismique. Les hydrophones individuels peuvent être consti-
tués par un élément piézoélectrique qui convertit des si-
gnaux acoustiques en signaux électriques. Les câbles à hydrophones font typiquement appel à des câbles électriques
pour transmettre ces signaux électriques depuis les hydro-
phones immergés jusqu'aux instruments qui affichent ou en-
registrent ces signaux à bord du navire sismique.
2562741'
Un câble à hydrophones typique peut comporter 200 rangées d'hydrophones. Chaque rangée peut avoir 15 mètres
de longueur et être constituée de 17 hydrophones en paral-
lèle. Un tel câble à hydrophones qui serait long de trois kilomètres comporterait 3400 hydrophones, et nécessiterait
au moins 400 fils passant sur la longueur du câble élec-
trique pour connecter chaque rangée au navire.. Da'utres
fils seraient de plus nécessaires pour la mesure de profon-
deur, la commande, et à d'autres fins. Le diamètre de câble
nécessaire pour admettre un aussi grand nombre de fils se-
rait d'environ 76 mm.
Des câbles à hydrophones plus longs sont souhai-
tables, mais l'extension de lrappareil couramment utilisé
dans l'art serait mal commode du fait qu'il serait néces-
saire d'accroître le diamètre du câble pour l'adapter à cette augmentation de longueur. Une autre méthode ayant été retenue fait usage d'un câble à hydrophones de type
numérique. Dans un système de ce type, les données prove-
nant de chaque rangée sont numérisées, multiplexées, puis transmises sur un bus de données jusqu'aux instruments se trouvant à bord du navire sismique. Cette autre méthode utilisant un câble à hydrophones numérique, bien qu'elle permette de se servir de câbles de plus petit diamètre, aboutit à un système immergé plus coûteux, et nécessite des boîtiers électroniques de diamètre relativement grand situés en divers emplacements tout au long du câble, ces boîtiers agissant comme autant de sources de bruit en même temps que le câble à hydrophones est entraîné à travers l'eau. Il a été proposé des systèmes qui font usage de transducteurs optiques pour convertir en signaux optiques puis en signaux électriques les vibrations acoustiques
arrivant sur un dispositif tel qu'un hydrophone ou un-géo-
phone. Ces systèmes nécessitent de remplacer les transduc-
teurs piézoélectriques classiques par des transducteurs à fibres optiques généralement plus complexes. Le problème de la transmission de ces nombreux signaux vers la sortie
du câble reste le même.
Une méthode permettant de simplifier le problème posé par l'accroissement du diamètre du câble consiste à utiliser des fibres optiques à la place du câblage élec- trique. Il a été proposé des systèmes à fibres optiques qui convertissent les vibrations acoustiques incidentes en signaux optiques et conservent ces signaux optiques sous forme optique en vue de la transmission. De tels systèmes antérieurement proposés utilisent des coupleurs et des capteurs dissipatifs qui limitent sérieusement le nombre de signaux qu'il est pratiquement possible de manipuler. Le brevet des E. U.A. NI 4 071 753 décrit plusieurs
formes de réalisation d'un transducteur optique qui com-
prend une source d'énergie optique connectée à une extré-
mité d'une fibre optique d'entrée, et des moyens pour faire
varier la fraction d'énergie optique transférée par cou-
plage entre l'autre extrémité de la fibre optique d'entrée et une extrémité d'une fibre optique de sortie en réponse à un mouvement mécanique oscillatoire représentatif des vibrations acoustiques incidentes. Une forme de réalisation du transducteur de ce brevet, décrite colonne 6, lignes 28 à 58, met à profit l'effet connu dans l'art en tant que
"micro-courbure" en appliquant un degré variable de cour-
bure à une fibre optique pour amener la lumière se propa-
geant dans la fibre à rayonner hors de la fibre au voisi-
nage de la courbure, ce qui réduit la quantité d'énergie optique transmise suivant la courbure en fonction du rayon de courbure. Cette référence ne traite cependant pas de l'effet de couplage par champ évanescent entre des coeurs de fibres optiques adjacentes et ne décrit non plus aucun
transducteur optique mettant cet effet à profit.
Un autre type de mécanisme transducteur à fibres optiques se fonde sur la modulation de phase dans une fibre monomode plongée dans un fluide. La modulation de phase est
due, dans un tel système, aux variations de longueur opti-
que de la fibre qui sont induites par des ondes sonores se propageant dans le fluide. Voir, par exemple, "Fiber-optic hydrophone" de J.A. Bucaro, H.D. Dardy et E.F. Carone, Journal Acoustic Society of America, Vol. 62, N 5, pages
1302-1304, 1977.
Un système de transducteur optique apparenté est décrit dans le brevet des E.U.A.-N 4 313 185. Ce brevet décrit un système d'hydrophone comprenant une première et
une seconde fibre optique monomode et des moyens pour trans-
férer par couplage la lumière de la première fibre à la
seconde fibre et de la seconde fibre à la première fibre.
La longueur optique du trajet de couplage entre les deux fibres est modulée en réponse à des vibrations acoustiques arrivant sur les fibres. La phase et la fréquence de la lumière traversant le trajet de couplage optique varient respectivement en fonction de la longueur optique du trajet et de sa vitesse de variation. Cette référence ne traite pas de l'effet de couplage par champ évanescent qui a lieu entre des coeurs de fibres optiques adjacentes et ne décrit non plus aucun transducteur optique mettant cet effet à profit.
Le brevet des E.U.A. NO 4 295 738 décrit un cap-
teur de contrainte à fibre optique comprenant une fibre optique monomode qui comporte deux ou plusieurs coeurs
disposés dans une gaine commune. A une extrémité de la fi-
bre, l'un des coeurs est éclairé et, à mesure que la lumière se propage au long de la fibre, une certaine quantité de
lumière est transférée aux coeurs voisins par transmodu-
lation. Des moyens de détection sont prévus à l'autre extrémité de la fibre pour mesurer l'intensité de la lumière émergeant de chaque coeur. Une variation de pression ou une contrainte agissant sur la fibre provoque une variation des indices de réfraction des coeurs et de la gaine, ainsi que des dimensions de la fibre. Il en résulte une variation
de la transmodulation entre les coeurs et par là une varia-
tion de l'intensité de la lumière émergeant des coeurs.
L'appareil décrit dans cette référence a une sen-
sibilité limitée du fait que plusieurs coeurs sont disposés
dans la structure relativement rigide d'une fibre unique.
Cette structure désaccentue l'effet résultant d'éventuelles variations de l'écartement entre les coeurs qui peuvent
résulter de l'application d'une contrainte ou d'une pres-
sion à la fibre. De plus, cet appareil est limité en ce
qu'il nécessite une fibre optique monomode, et il ne pour-
rait être utilisé avec une fibre optique multimode.
Un système de transducteur optique d'un type dif-
férent, qui peut être adapté à un hydrophone dans certaines
applications, est décrit dans le brevet des E.U.A. N" 4 268 116.
L'appareil décrit dans ce brevet engendre un signal lumineux modulé dans une fibre optique à gaine de type monomode en faisant varier la fréquence et/ou la phase d'une étroite bande de lumière réfléchie vers sa source par un réseau optique, en faisant glisser le réseau optique par rapport à la fibre à proximité de son coeur. L'appareil décrit dans cette référence se fonde sur le phénomène de la réflexion
de Bragg présenté par le réseau optique. La présente inven-
tion, cependant, ne nécessite pas un tel réseau optique et
n'utilise pas le phénomène de réflexion de Bragg.
On connaît bien l'effet de "couplage par champ
évanescent" par lequel une fraction de l'énergie électro-
magnétique présente dans une fibre optique est transférée à une fibre optique adjacente. L'effet de couplage apparaît
entre des fibres multimode ainsi qu'entre des fibres mono-
mode. Il a été reconnu que l'importance de l'énergie ainsi
transférée d'une fibre à l'autre dépend de leur écartement.
Il a également été reconnu que cet effet pourrait, en prin-
cipe, être mis à profit dans un transducteur pour engendrer un signal modulé en intensité en réponse à une variation de l'écartement de deux fibres optiques. Voir, par exemple, "Acoustic Sensitivity of Single-Mode Optical Power Dividers", de S.K. Sheem et J.H. Cole, Optics Letters, Vol. 4, N 10, page 322 (1979). L'appareil de la présente invention met 2562741t toutefois à profit l'effet de couplage par champ évanescent d'une manière qui n'a pas été antérieurement suggérée dans l'art. L'appareil de la présente invention comprend une fibre optique munie d'une ou plusieurs unités détectrices, des moyens pour envoyer dans la fibre une courte impulsion lumineuse interrogatrice, des moyens pour produire un signal
optique de retour au niveau de chacune des unités détec-
trices, l'intensité de ce signal de retour variant en ré-
ponse aux variations d'un signal externe qui arrive sur l'unité détectrice, des moyens pour envoyer les signaux de retour dans la fibre en sens opposé à celui de l'impulsion interrogatrice, et des moyens pour détecter et traiter les
signaux de retour.
Dans la forme de réalisation préférée, chaque unité détectrice est réalisée en repliant en boucle sur
elle-même une portion de la fibre et en amenant les seg-
ments de coeur de fibre adjacents en étroite proximité
dans une zone de couplage o les segments de coeur adja-
cents sont séparés par un matériau à élasticité acoustique
(ou élastique) ayant un indice de réfraction proche de ce-
lui de la gaine de la fibre. L'impulsion lumineuse interro-
gatrice est partiellement transférée depuis le premier
segment de coeur de fibre atteint par l'impulsion interro-
gatrice jusqu'au coeur de fibre adjacent, à cause de l'ef-
fet de couplage par champ évanescent. Après avoir passé la
boucle, l'énergie transférée, dont l'intensité est propor-
tionnelle à l'écartement des segments de coeur et par suite dépend de tout signal incident modifiant l'écartement des segments de coeur, revient au long de la fibre dans un sens opposé à celui de l'impulsion interrogatrice. La lumière est transférée au cours de ses deux passages dans la zone de couplage, ce qui double ainsi la puissance du signal de retour. Il est possible de former, sur une fibre unique, une ou plusieurs rangées comprenant chacune plusieurs de ces unités détectrices. Les signaux de retour provenant
des unités détectrices qui constituent chaque rangée peu-
vent être envoyés dans un intégrateur commandé ou un moyenneur d'impulsions longues dont la sortie délivre un
signal de retour unique représentant chacune de ces ran-
gées. Dans une autre forme de réalisation, chaque unité détectrice comprend un court tronçon de fibre, identique à
un court tronçon de la fibre principale, disposé parallè-
lement à la fibre principale et séparé d'elle par une faible distance. L'écart entre la fibre principale et le
court tronçon de fibre varie en réponse à des signaux ex-
ternes arrivant sur l'appareil. A cause de l'effet de cou-
plage par champ évanescent, une fraction de l'impulsion
lumineuse interrogatrice est transférée dans ce court tron-
çon de fibre. Les extrémités de chaque court tronçon de
fibre sont polies à planéité et sont sensiblement perpen-
diculaires à l'axe du tronçon de fibre, et une couche à haute réflectivité y est appliquée. Etant donné que le phénomène d'évanescence provoque le transfert de la lumière
depuis le court troncon de fibre jusqu'à la fibre princi-
pale, la plus grande part de l'impulsion lumineuse capturée est réinjectée dans la fibre principale, pour moitié dans le même sens que l'impulsion interrogatrice, et pour moitié
en sens opposé.
La présente invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une vue en coupe simplifiée d'un multiplexeur de données à fibres optiques illustrant la forme de réalisation préférée de la présente invention; la figure 2 est une vue en coupe d'un capteur optique isolé du type utilisé dans le système de la figure 1; la figure 3 est une vue d'une coupe faite suivant la ligne 3-3 de la figure 2, et montre la configuration mécanique préférée de la zone de couplage du capteur; la figure 4 est une vue en coupe d'un capteur du type utilisé dans le système de la figure 1, la coupe étant faite suivant un plan normal à l'axe de la fibre optique dans la zone de couplage, et montre une autre configuration mécanique de la zone de couplage; la figure 5 est une vue en coupe d'un capteur du type utilisé dans le système de la figure 1, la coupe étant faite suivant un plan normal à l'axe de la fibre optique dans la zone de couplage, et montre une autre configuration mécanique de la zone de couplage; la figure 6 est une vue en coupe simplifiée d'un multiplexeur de données à fibres optiques illustrant une autre forme de réalisation de la présente invention; la figure 7 est une vue en coupe d'un capteur à fibre optique isolé (hydrophone optique) du type utilisé dans le système de la figure 6; la figure 8 est une vue d'une coupe faite suivant la ligne 8-8 de la figure 7;
la figure 9 est un schéma synoptique d'un multi-
plexeur de données à fibres optiques conforme à la présente
invention, et montre les moyens de détection et de traite-
ment des signaux de retour provenant des capteurs ou grou-
pes de capteurs individuels du système; la figure 10 est un ensemble de sept graphiques
représentant trois signaux externes arrivant sur trois dif-
férents groupes de capteurs d'un multiplexeur de données à
fibres optiques conforme à la présente invention, une impul-
sion lumineuse interrogatrice servant à interroger la rangée de capteurs du système, et des signaux de retour, engendrés en réponse à l'impulsion lumineuse interrogatrice, avant et après traitement par les moyens de traitement des signaux du système; la figure 11 est une vue en coupe simplifiée d'un multiplexeur de données à fibres optiques illustrant d'une
façon semi-schématique une autre forme de réalisation pré-
férée de la présente invention; la figure 12 est une vue en coupe d'un modulateur optique isolé du type utilisé dans le système de la figure 11; et la figure 13 est une vue en coupe de la zone de couplage d'une autre forme de réalisation d'un modulateur
optique du type utilisé dans le système de la figure 11.
La figure 1 est une vue en coupe simplifiée d'un système de collecte de données à fibres optiques (également dénommé ici "multiplexeur de données à fibres optiques") illustrant la forme de réalisation préférée de la présente invention. Une portion d'une fibre optique 1 est repliée
en boucle sur elle-même pour former une unité détectrice 10.
De même, d'autres portions de la fibre 1 sont repliées en boucle pour former des unités détectrices identiques 11 et 26. Le système peut comprendre d'autres unités détectrices, mais il n'en est représenté que trois sur la figure 1 afin
d'alléger l'exposé de la présente invention. Une configura-
tion mécanique préférée pour les unités détectrices 10, 11 et 26 sera décrite en détail ci-après en référence aux figures 2 et 3. On doit comprendre qu'un nombre quelconque d'unités détectrices ou de rangées d'unités détectrices
peuvent être formées sur la fibre 1.
La fibre 1 peut être une fibre monomode ou une fibre multimode. Une fibre mltimode appropriée peut être
fabriquée d'une manière bien connue dans l'art en choisis-
sant les dimensions et les matériaux de fabrication de la fibre de telle façon que plus d'un mode de rayonnement électromagnétique puisse se propager sous forme d'une onde guidée dans la fibre. Une fibre monomode appropriée peut être fabriquée d'une manière bien connue dans l'art en choisissant les dimensions et les matériaux de fabrication de la fibre de telle façon que seul le mode d'ordre -le plus bas (le mode de propagation ayant la plus basse fréquence) puisse se propager sous forme d'une onde guidée dans la fibre.
Un émetteur 2, capable d'envoyer une courte im-
pulsion lumineuse interrogatrice dans la fibre 1, est placé à une extrémité de la fibre 1. L'émetteur 2 peut être une diode laser ou toute autre source lumineuse appropriée choisie parmi les divers types de telles sources qui sont bien connus dans l'art. Un coupleur directionnel 3 détourne
une partie de l'impulsion interrogatrice jusqu'à un photo-
détecteur de contrôle 6 par l'intermédiaire d'une fibre optique 4. Le reste de l'impulsion interrogatrice traverse le coupleur directionnel 3 et se propage le long de la
fibre 1 jusqu'aux unités détectrices 10, 11 et 26.
A cause de l'effet de couplage par champ évanes-
cent, une première fraction de l'impulsion interrogatrice est transférée depuis un segment 32 de la fibre 1 jusque dans un segment 33 de la fibre 1. Cette première fraction se propagera en arrière le long de la fibre 1, vers le
coupleur directionnel 3. Le reste de l'impulsion interro-
gatrice parcourra la boucle de l'unité détectrice 10 et entrera dans le segment 33 à mesure qu'il continue à
s'éloigner du coupleur directionnel 33. A cause du cou-
plage par champ évanescent, une seconde fraction de l'im-
pulsion interrogatrice sera transférée depuis le segment 33 jusque dans le segment 32. Cette seconde fraction se
propagera en arrière le long de la fibre 1, vers le cou-
pleur directionnel 3, à côté de la première fraction.
Le coupleur directionnel 3 détournera une part du signal de retour provenant de l'unité détectrice 10 (ce signal de retour comprenant les première et seconde fractions) jusqu'à un photodétecteur 7 par l'intermédiaire d'une fibre optique 5. Si le système de collecte de données comprend plusieurs unités détectrices, une série de ces signaux ou impulsions de retour sera reçue au niveau du photodétecteur 7, chaque impulsion de retour successive étant engendrée par l'unité détectrice suivante sur la longueur de la fibre. L'amplitude de chaque impulsion de retour est modulée par le signal à détecter (qui peut être
un signal acoustique) présent au niveau de l'unité détec-
trice concernée à l'instant o passe l'impulsion lumineuse
interrogatrice.
Un photodétecteur approprié peut être choisi parmi
ceux qui sont bien connus dans l'art. On a par exemple es-
timé satisfaisant un photodétecteur du modèle MDA 7708, fabriqué par Meret, Inc. Le signal de retour provenant de l'unité détectrice 10 et les signaux de retour pareille- ment engendrés par les unités détectrices 11 et 26 peuvent
être traités par des moyens 27 de traitement des signaux.
Les moyens 27 de traitement des signaux sont connectés au photodétecteur 7 par une ligne 28 et au photodétecteur de contrôle 6 par une ligne 34. Les moyens 27 de traitement des signaux sont schématisés sur la figure 9, qui sera
décrite en détail ci-après.
Le coupleur directionnel 3 peut être choisi parmi ceux qui sont bien connus dans l'art. Un coupleur par champ évanescent à 3 dB ou un agencement de lentilles externes
et d'un séparateur de faisceau serait approprié. Par exem-
ple, le coupleur directionnel du modèle T7266, fabriqué par International Telephone and Telegraph Corporation, convient pour un système de collecte de données utilisant
des fibres ayant un diamètre de coeur de 50 micromètres.
La longueur d'onde de l'impulsion interrogatrice
doit se trouver dans l'une des "fenêtres" de la fibre opti-
que afin de minimiser l'atténuation. Ces fenêtres se si-
tuent typiquement au voisinage de 0,85 micromètre, 1,3
micromètre et 1,55 micromètre. Les diodes laser à injec-
tion travaillant dans ces régions seraient à préférer pour
servir d'émetteur 2.
Le signal de retour provenant de chaque unité
détectrice peut être spécifiquement reconnu par multi-
plexage temporel, pourvu que la largeur de l'impulsion interrogatrice soit suffisamment étroite pour qu'il soit
possible de distinguer les signaux de retour individuels.
Ceci aura lieu si le temps d'aller et retour de la lumière entre les unités détectrices est inférieur à la largeur
de l'impulsion optique. Si les unités détectrices indivi-
duelles sont identiquement espacées les unes des autres et que l'impulsion interrogatrice est suffisamment courte,
les signaux de retour provenant d'unités détectrices consé-
cutives arriveront sur le photodétecteur 7 en étant sépa-
rées par un intervalle de temps T = 2nD/c, o D est la longueur de fibre entre les unités détectrices consécutives, n est l'indice de réfraction du coeur de la fibre 1, et c
est la vitesse de la lumière. La longueur de la boucle en-
tre les segments 32 et 33 de la fibre 1 (et entre les seg-
ments correspondants de l'unité détectrice 26) doit être
suffisamment courte pour que les signaux de retour trans-
férés dans chacun des segments se renforcent. En pratique,
il n'est pas nécessaire de reconnaître séparément les uni-
tés détectrices individuelles, mais plutôt des groupes d'unités détectrices, appelés rangées. Une rangée peut avoir une longueur de l'ordre de 15 mètres et se constituer d'un grand nombre d'unités détectrices. Pour assurer la séparation des signaux entre des rangées consécutives, il est possible de relier les rangées par une longueur ajoutée de fibre, qui peut être enroulée, afin d'obtenir le délai
requis.
Afin que le signal de retour provenant de l'unité
détectrice la plus éloignée de l'émetteur 2 (unité détec-
trice 26 sur la figure 1) soit distinct de toute impulsion
réfléchie par l'extrémité 8 de la fibre 1, il est préfé-
rable que la distance entre l'extrémité 8 et cette unité détectrice la plus éloignée soit du même ordre de grandeur que la distance entre des rangées consécutives. En variante,
l'extrémité 8 de la fibre 1 peut être connectée à une ter-
minaison absorbant l'énergie (non représentée sur la fi-
gure 1) qui permet d'éliminer sensiblement toute impulsion réfléchie par l'extrémité 8. Cette terminaison absorbant l'énergie peut être choisie parmi celles qui sont bien connues dans l'art. Par exemple, l'extrémité 8 peut être
plongée dans un récipient contenant un fluide dont l'in-
dice de réfraction correspond à celui du coeur 31.
On a constaté que l'intensité du signal de retour provenant d'une unité détectrice dépend de l'écart entre les segments de coeur adjacents, du diamètre du coeur, de la longueur d'interaction sur la fibre (qui est la longueur du segment de fibre o le segment de coeur 48 est sensible- ment parallèle au segment de coeur 49, comme le montre la figure 2), desindices de réfraction du coeur et de la
gaine, et de la longueur d'onde de la lumière qui se pro-
page dans la fibre.
Il est souhaitable que l'"'énergie réfléchie",
l'énergie du signal de retour provenant d'une unité détec-
trice, ne représente qu'une petite fraction de l'énergie de l'impulsion interrogatrice, de telle façon que les variations de sortie d'une unité détectrice n'affectent
pas sensiblement la sortie des autres unités détectrices.
Le problème général du calcul de l'énergie transférée d'un coeur de fibre à un coeur adjacent a été traité de façon
théorique dans la littérature. Voir, par exemple, "Cross-
* talk between light pipes" de A.W. Snyder et P. McIntyre,
Journal Optical Society of America, Vol. 66, N 9, sep-
tembre 1976. En appliquant ces méthodes théoriques, il est possible de calculer les valeurs approchées escomptées des paramètres du système. Si le diamètre du coeur est de micromètres, la longueur d'interaction sur la fibre de 5 mm, le rapport de l'indice de réfraction de la gaine de
la fibre à celui du coeur de la fibre de 0,99, et la lon-
gueur d'onde de la lumière se propageant dans la fibre de 0,85 micromètre, alors le rapport de l'énergie réfléchie
par une unité détectrice à l'énergie de l'impulsion inter-
rogatrice sera inférieur à 0,0001 lorsque l'écart entre
les coeurs des segments de fibre dépasse 3,5 micromètres.
Un procédé visant à compenser l'influence d'un capteur
sur les autres est décrit ci-après en référence à la fi-
gure 9.
La figure 2 est une vue en coupe d'une forme de réalisation préférée d'une unité détectrice individuelle
2562741!
du système illustré sur la figure 1. L'unité détectrice que montre la figure 2 convient en particulier pour être utilisée comme hydrophone. La fibre 1 se constitue d'un coeur de fibre 31 entouré par une gaine 29. Pour réaliser une unité détectrice du type représenté sur la figure 2,
les segments de coeur 49 et 48, correspondant respective-
ment aux segments 32 et 33 de la fibre 1, sont dépouillés de la gaine puis gainés de nouveau avec une matière de gainage élastique 30 lorsque les segments de coeur sont
en place, le segment de coeur 48 étant sensiblement paral-
lèle au segment de coeur 49. La gaine des fibres gainées
au verre peut être enlevée par un procédé d'attaque chi-
mique. Les fibres de silice à gaine plastique (PCS) peu-
vent être dénudées par une association de chaleur et d'ar-
rachage mécanique. Dans le cas des fibres PCS, l'unité détectrice peut être gainée de nouveau avec un élastomère
siliconé ayant un indice de réfraction sensiblement iden-
tique à celui de la gaine d'origine. Des matières conve-
nant pour le nouveau gainage comprennent RTV, produit par General Electric Company, et Sylgard, produit par Dow
Corning Corporation.
Dans une autre forme de réalisation,les segments de fibre dénudés peuvent être maintenus en position par un assemblage tel que la structure 80 (représenté sur la
figure 5) pour obtenir le point de repos correct en fonc-
tionnement (c'est-à-dire l'écart moyen entre les segments de coeur 48 et 49) et peuvent être revêtus avec un fluide ou gel d'indice connu ayant sensiblement le même indice de réfraction que la matière de la gaine d'origine. Cette forme de réalisation sera décrite plus en détail ci-après
en référence à la figure 5.
L'unité détectrice que montre la figure 2, con-
venant pour être utilisée comme hydrophone, est douée de sensibilité acoustique en raison de l'élasticité de la gaine 30. La variation des indices de réfraction des coeurs et de la gaine en fonction de la pression procure également une sensibilité acoustique. Une structure 40, qui comprend un cylindre 50, est attachée à la zone de couplage de la figure 1 afin d'accroître la sensibilité acoustique de
l'unité détectrice. La structure 40 peut être plus facile-
ment décrite en référence à la figure 3. La figure 3 est une vue en coupe de l'unité détectrice représentée sur la figure 2, la coupe étant faite suivant un plan normal à l'axe de la fibre optique dans la zone de couplage. La structure 40 comprend une enceinte close formée par la fixation des diaphragmes 42
et 43 respectivement au sommet et au fond du cylindre 50.
Le cylindre 50 présente des passages 51 et 52 se faisant face, chacun étant dimensionné pour recevoir la zone de couplage de la fibre 1 tout en obturant l'intérieur 41 de
la structure 40.
Les vibrations acoustiques incidentes déplace-
ront les diaphragmes 42 et 43, en amenant une broche cylin-
drique 46 (calée entre le diaphragme 42 et la gaine élas-
tique 30) à osciller par rapport à une broche cylindrique
47 (calée entre le diaphragme 43 et la gaine 30).Un accrois-
sement de pression dans le milieu entourant la structure 40 poussera les diaphragmes 42 et 43 l'un vers l'autre, en poussant les broches 46 et 47 l'une vers l'autre, et ainsi en amenant les segments de coeur 48 et 49 à s'écarter l'un de l'autre. La gaine 30 est choisie pour son élasticité en sorte qu'elle permette aux segments de coeur 48 et 49 de se déplacer l'un par rapport à l'autre en réponse à des
vibrations acoustiques incidentes.
L'intérieur 41 de la structure 40 est isolé de l'extérieur et contient de l'air. Il est aussi prévu un élément élastique tel qu'une vessie de caoutchouc 44 dont
la cavité interne communique avec l'intérieur 41 par l'in-
termédiaire d'un passage 45 ménagé dans le cylindre 50, et dont la surface externe est exposée au milieu entourant
la structure 40. La vessie de caoutchouc 44 doit être capa-
ble de se dilater et de se contracter pour faire passer
de l'air à travers le passage 45 de façon à garder sensi-
blement constant l'écart entre les segments de coeur 48
et 49 en réponse à des variations lentes ou à basse fré-
quence de la pression du milieu entourant la structure 40 telles que les variations de pression qui se produisent lorsque la structure 40 est déployée hors d'un navire de prospection sismique jusqu'à sa profondeur de travail en dessous de
la surface de l'océan. Le passage 45 doit freiner suffi-
samment le courant d'air qui le traverse pour que l'écart
entre les segments de coeur 48 et 49 puisse varier en ré-
ponse à des variations rapides ou-à haute fréquence (c'est-
à-dire supérieures à quelques hertz) de la pression du milieu entourant la structure 40 telles que les variations de pression créées par le rayonnement acoustique incident
à détecter.
La figure 4 est une vue en coupe d'une forme de réalisation (convenant également pour être utilisée comme
hydrophone) de l'unité détectrice représentée sur la fi-
gure 2, la coupe étant faite suivant un plan normal à l'axe du coeur 48 de la fibre dans la zone de couplage. La
figure 4 montre une autre structure, 60, destinée à aug-
menter la sensibilité acoustique de l'unité détectrice.
La structure 60 comprend une enceinte formée par des pla-
ques 62 et 63 et des membranes flexibles 70 et 71. La structure 60 comporte également des plaques de bout (non
représentées) pour empêcher l'entrée de fluide en son inté-
rieur 61 qui est rempli d'air. La plaque 62 est supportée et séparée de la gaine élastique 30 par une broche 74 et
des supports 64 et 67. La plaque 63 est supportée et sépa-
rée de la gaine 30 par une broche 75 et des supports 65 et 66. Les vibrations acoustiques incidentes vont tendre à déplacer les plaques 62 et 63, en amenant la broche 74 à osciller par rapport à la broche 75. Un accroissement
de pression dans le milieu entourant la structure 60 pous-
sera les broches 74 et 75 l'une vers l'autre, en amenant ainsi les segments de coeur 48 et 49 à s'écarter l'un de l'autre.
Les supports 64, 65, 66 et 67 peuvent être cons-
titués d'un matériau élastique approprié. On a constaté
qu'un élastomère siliconé tel que RTV ou Sylgard est appro-
prié. Pour former un support constitué d'un élastomère sili-
coné, celui-ci est durci tandis qu'une pression est appli- quée aux plaques 62 et 63 et que les broches 74 et 75 sont en place, de façon à obtenir le point de repos correct en fonctionnement, c'est-à-dire l'écart moyen entre les coeurs
48 et 49.
Il est également prévu un élément flexible tel
qu'une vessie en caoutchouc 69, dont la cavité interne com-
munique avec l'intérieur 61 par l'intermédiaire d'un pas-
sage 68 et dont la surface externe est exposée au milieu entourant la structure 60. La vessie de caoutchouc 69 et
le passage 68 ont la même fonction que la vessie de caout-
chouc 44 et le passage 45 décrits ci-dessus en référence à la figure 3. En particulier, la vessie de caoutchouc 69 est capable de se dilater et de se contracter pour faire passer un volume d'air suffisant à travers le passage 68 afin d'empêcher que les variations lentes de pression çu
milieu entourant la structure 60 ne modifient l'écart en-
tre les segments de coeur 48 et 49.
La figure 5 est une vue en coupe d'une autre forme de réalisation (convenant pour être utilisée comme hydrophone) d'une unité détectrice individuelle du type représenté sur la figure 1, la coupe étant faite suivant un plan normal à l'axe de la fibre optique dans la zone de couplage. La structure 80 de la figure 5 est conçue
pour augmenter la sensibilité acoustique de l'unité détec-
trice. La structure 80 comprend une enceinte close formée par la fixation de diaphragmes 83 et 84 respectivement au sommet et au fond d'une armature rectangulaire constituée
de plaques 81 et 82 et de plaques d'extrémité (non repré-
sentées sur la figure 5). Les plaques d'extrémité présen-
tent chacune un passage dimensionné pour recevoir la zone de couplage de la fibre 1 tout en obturant l'intérieur 89 de la structure 80. On doit comprendre que la forme des diaphragmes 83 et 84 et de l'armature à laquelle ils sont fixés n'est pas nécessairement rectangulaire. En variante,
les diaphragmes peuvent être en forme de disque et l'arma-
ture peut être cylindrique, une paire de passages, dimen- sionnés chacun pour recevoir la zone de couplage de la fibre 1 tout en obturant l'intérieur 89 de la structure 80,
traversant des régions en vis-à-vis de l'armature cylin-
drique. Les vibrations acoustiques incidentes présentes
dans un milieu liquide entourant la structure 80 déplace-
ront les diaphragmes 83 et 84, en amenant un élément 87 (calé entre le segment de coeur 48 de la fibre 1 et le diaphragme 83) à osciller par rapport à un élément 88 (calé entre le segment de coeur 49 de la fibre 1 et le
diaphragme 84). Les segments de coeur 48 et 49 sont enro-
bés avec un fluide ou gel 77 d'indice connu ayant sensi-
blement le même indice de réfraction que la gaine d'ori-
gine 29 (non représentée sur la figure 5) de la fibre 1.
On a constaté qu'un liquide réfringent d'indice déterminé, série AA, fabriqué par Cargille Laboratories, convient
pour être utilisé comme fluide d'indice connu 77.
Un accroissement de la pression du milieu entou-
rant la structure 80 amènera les segments de coeur 48 et
49 à se rapprocher l'un de l'autre. Par contre, un accrois-
sement de la pression du milieu entourant la structure 40 (représentée sur la figure 3) amènera les segments de coeur
48 et 49 à s'écarter l'un de l'autre.
L'intérieur 89 de la structure 80 contient de l'air et est isolé du milieu environnant. Il est également prévu un élément flexible tel qu'une vessie de caoutchouc 86 destiné à maintenir l'équilibre hydrostatique de la manière décrite ci-dessus à propos de la vessie 44 de la figure 3. La cavité interne de la vessie de caoutchouc 86 communique avec l'intérieur 89 par l'intermédiaire d'un
passage 85 et sa surface externe est exposée au milieu en-
tourant la structure 80.
2562741 1
Un multiplexeur de données à fibres optiques illustrant une autre forme de réalisation de la présente invention est représenté de façon simplifiée sur la figure 6. Comme dans la forme de réalisation préférée décrite ci-dessus en référence à la figure 1, un ou plu-
sieurs capteurs identiques sont formés sur une fibre op-
tique unique, ces capteurs étant interrogés par une impul-
sion lumineuse interrogatrice émise par l'émetteur 2 dis-
posé à une extrémité de la fibre 1, laquelle impulsion passe par le coupleur directionnel 3. La figure 6 montre
des capteurs identiques 90, 91 et 106, bien que tout nom-
bre entier positif de capteurs puisse être utilisé dans la rangée. Chacun des capteurs 90, 91 et 106 convient pour être utilisé en tant qu'hydrophone (et sera ci-après
dénommé "hydrophone"), apte à moduler l'impulsion lumi-
neuse interrogatrice en réponse aux vibrations acoustiques qu'il reçoit. Chaque hydrophone comprend un petit tronçon de fibre, sensiblement identique au tronçon de fibre 110
de l'hydrophone 90, fixé à proximité de la fibre 1, sensi-
blement parallèlement à celle-ci, et séparé de la fibre 1 par un séparateur de fibres élastique 133. Le tronçon 110 a un diamètre sensiblement égal à celui de la fibre 1 et il s'agit d'un morceau-de fibre optique court, entier et tronqué ayant une longueur, par exemple, de l'ordrede un centimètre. Les faces d'extrémité 140 et 141 du tronçon sont sensiblement normales à l'axe du tronçon et sont polies à planéité, et elles sont revêtues d'un revêtement à haute réflectivité d'un type approprié choisi parmi ceux
qui sont bien connus dans l'art.
A cause de l'effet de couplage par champ évanes-
cent, une petite fraction de l'impulsion lumineuse inter-
rogatrice est transférée dans le tronçon 110. Le tronçon
constitue une cavité dans laquelle la fraction trans-
férée se réfléchit de nombreuses fois entre les faces d'extrémité 140 et 141. Etant donné que le processus d'évanescence opère également de façon à retransférer la lumière du troncon 110 vers la fibre 1, la plus grande part de la lumière transférée dans le tronçon 110 est réinjectée
dans la fibre 1. Pendant chaque passage de la fraction trans-
férée dans le tronçon 110, depuis la face d'extrémité 140 vers la face d'extrémité 141, la lumière est retransférée dans la fibre 1 de façon telle qu'elle se propage en allant vers l'émetteur 2. Pendant chaque passage de la fraction transférée dans le tronçon 110, depuis la face d'extrémité
141 vers la face d'extrémité 140, la lumière est retrans-
férée dans la fibre 1 de façon telle qu'elle se propage en s'éloignant de l'émetteur 2. Ainsi, à peu près la moitié de la lumière réinjectée dans la fibre 1 se propage dans le sens qui la rapproche de l'émetteur 2, et à peu près la
moitié se propage dans le sens qui l'éloigne de l'émetteur 2.
La quantité réelle injectée dans la fibre 1 dépend du rap-
port de la réflectivité des faces d'extrémité 140 et 141
au "facteur de couplage". Le "facteur de couplage" repré-
sente la fraction d'énergie transférée du tronçon 110 à la fibre 1 pour chaque passage dans la zone de couplage d'une face d'extrémité à l'autre. Le facteur de couplage dépend à son tour de l'écart entre le troncon 110 et la fibre 1, lequel varie en réponse aux vibrations acoustiques arrivant
sur l'hydrophone 90.
La fraction de lumière injectée depuis le tronçon 110 jusqu'à la fibre 1 et qui se dirige vers l'émetteur 2 sera dénommée "impulsion de retour" provenant du tronçon 110. Le coupleur directionnel 3 détourne une partie de
l'impulsion de retour jusqu'au photodétecteur 7 par l'in-
termédiaire de la fibre 5. Les impulsions de retour prove-
nant des hydrophones 90, 91 et 106 peuvent être traitées par les moyens 27 de traitement des signaux, connectés au photodétecteur 7 par la ligne 28 et au photodétecteur de contrôle 6 par la ligne 34. Les moyens 27 de traitement des signaux seront décritsen détail ci-après en référence
à la figure 9.
2562741!
La figure 7 est une vue en coupe à échelle agran-
die de l'hydrophone 90 représenté sur la figure 6. La fi-
gure 8 est une vue d'une coupe de l'hydrophone 90, faite suivant la ligne 8-8 de la figure 7. Des diaphragmes 130 et 131 s'étendent respectivement au sommet et au fond d'une
enveloppe cylindrique rigide 132 de façon à ce que l'inté-
rieur 134 rempli d'air de l'hydrophone 90 soit isolé du milieu environnant. Un passage 135 et un passage 136, dimensionnés pour recevoir la fibre 1 tout en empêchant l'entrée de fluide dans l'intérieur 134 de l'hydrophone 90,
traversent des côtés opposés de l'enveloppe 132.
Il est également prévu un élément élastique tel
qu'une vessie de caoutchouc-137 qui est attaché à l'hydro-
phone 90, pour maintenir l'équilibre hydrostatique de la
manière décrite ci-dessus à propos de la vessie de caout-
chouc 44 de la figure 3. La cavité interne de la vessie de
caoutchouc 137 communique avec l'intérieur 134 par un pas-
sage 138 de l'enveloppe 132, et sa surface externe est ex-
posée au milieu entourant l'hydrophone 90.
Pour fabriquer l'hydrophone 90, un segment de coeur de la fibre 1 est dépouillé de sa gaine 29 et un séparateur de fibres 133 est formé sur le segment de coeur dénudé. Le séparateur de fibres 133 doit être constitué
d'un matériau tel qu'un élastomère siliconé ayant sensi-
blement le même indice de réfraction que la gaine 29 et ayant une viscosité relativement basse à l'état non durci, mais durcissant en formant un corps élastique lorsqu'il est soumis au durcissement. On a constaté que Sylgard 184, produit par Dow Corning Corporation, convient pour former le séparateur de fibres 133. Le tronçon 110 est placé dans le séparateur de fibresl33 non durci dans une position
sensiblement parallèle au coeur 31 et à une distance prédéter-
minée de celui-ci. Lorsqu'il est durci, le sépa-
rateur de fibres 133 est lié au segment dénudé du coeur 31,
aux diaphragmes 130 et 131 et au tronçon 110. Le sépara-
teur de fibres 133 durci maintiendra le tronçon 110 à la position prédéterminée, sensiblement parallèlement au coeur 31, jusqu'à ce que des vibrations acoustiques arrivant sur les diaphragmes 130 et 131 provoquent un déplacement du
tronçon 110 par rapport au coeur 31.
En même temps que l'impulsion lumineuse interro- gatrice traverse l'hydrophone 90 (vers la droite sur la figure 7), une fraction de celleci sera transférée dans le tronçon 110 à cause de l'effet de couplage par champ évanescent. Si les faces d'extrémité 140 et 141 pouvaient être rendues totalement réfléchissantes (c'est-à-dire si elles avaient une réflectivité égale à un), l'impulsion transférée se réfléchirait à maintes reprises entre les faces d'extrémité 140 et 141 jusqu'à ce que l'effet de couplage par champ évanescent fasse que toute l'impulsion transférée soit réinjectée dans la fibre 1, pour moitié vers l'émetteur 2 et pour l'autre moitié à l'opposé de l'émetteur 2. La quantité réelle de l'impulsion transférée qui est réinjectée dans la fibre 1 dépendra du rapport de
la réflectivité des faces d'extrémité 140 et 141 au fac-
teur de couplage par passage de l'impulsion transférée
d'une face d'extrémité du tronçon 110 à l'autre. Ce fac-
teur de couplage par passage dépendra à son tour de l'écart entre le tronçon 110 et le coeur 31, des diamètres du tronçon 110 et du coeur 31, de la longueur du tronçon 110, des indices de réfraction du tronçon 110, du coeur 31 et du séparateur de fibres 133 et de la longueur d'onde de l'impulsion lumineuse interrogatrice. L'intensité de la fraction de l'impulsion transférée réinjectée dans la
fibre 1 en direction de l'émetteur 2, c'est-à-dire l'in-
tensité de l'"impulsion de retour", va ainsi dépendre de
l'écart entre le tronçon 110 et le coeur 31.
La différence entre la largeur de l'impulsion de retour et la largeur de l'impulsion injectée dépendra de la réflectivité des faces d'extrémité 140 et 141. Cette
dépendance peut s'exprimer approximativement par la rela-
tion: T = 4,76(Z)(l/(l-R)), o T est la différence des 2562741i
largeurs de l'impulsion de retour et de l'impulsion injec-
tée en nanosecondes, Z est la longueur du tronçon 110 en mètres et R est la réflectivité des surfaces d'extrémité et 141. Une haute réflectivité des faces d'extrémité est souhaitable afin d'obtenir une forte impulsion de re- tour. Cependant, à mesure que la réflectivité des faces d'extrémité tend vers un, la largeur de J'impulsion de retour tend vers l'infini. De la sorte, les impulsions de retour individuelles provenant des hydrophones 90, 91 et
106 de la rangée ne peuvent être séparées si la réflecti-
vité des faces d'extrémité n'est pas choisie à une valeur suffisamment basse. Les impulsions de retour individuelles
provenant d'hydrophones consécutifs arriveront sur le photo-
détecteur 7 en étant séparées par un intervalle T = 2nD/c, o D est la longueur de fibre entre les hydrophones, n est l'indice de réfraction du coeur 31 de la fibre 1, et c est
la vitesse de la lumière dans le vide. Ainsi, il faut choi-
sir la longueur du tronçon 110 et la réflectivité des faces d'extrémité de telle sorte que les impulsions de retour
provenant d'hydrophones consécutifs puissent être séparées.
La figure 9 est un schéma synoptique d'un multi-
plexeur de données à fibres optiques conforme à la présente invention et montre les moyens 27 de traitement des signaux qui sont destinés à traiter les signaux de retour provenant
de modulateurs individuels 150, 151 et 159 (ainsi que d'au-
tres modulateurs non représentés). Les modulateurs 150, 151 et 159 peuvent être des capteurs du type décrit ci-dessus en référence à la figure 1, ou des capteurs du type décrit ci-dessus en référence à la figure 6, ou des modulateursdu type qui sera décrit ci-après en référence aux figures 11 et 12. On doit comprendre que, bien que seulement quelques modulateurs soient représentés, un nombre quelconque de modulateurs peuvent être formés sur la fibre 1, que ces modulateurs peuvent être groupés en un nombre quelconque de rangées, et que ces rangées peuvent être séparées par des longueurs choisies de fibre enroulée afin d'obtenir
la séparation temporelle des rangées.
Une impulsion lumineuse interrogatrice est en-
voyée par l'émetteur 2 dans la fibre 1. Une partie de cette impulsion interrogatrice est détournée par le coupleur directionnel 3 jusqu'au photodétecteur de contrôle 6 par l'intermédiaire de la fibre 4. Le reste de l'impulsion interrogatrice traverse le coupleur directionnel 3 et se propage jusqu'aux modulateurs 150, 151 et 159. Un signal
de retour est engendré par chacun des modulateurs lors-
qu'ils sont traversés par l'impulsion interrogatrice.
L'énergie du signal de retour provenant de chaque modula-
teur est significative de l'amplitude du signal à détecter
arrivant sur le modulateur à l'instant o l'impulsion in-
terrogatrice le traverse. Une partie du signal de retour provenant de chacun des modulateurs est détournée par le coupleur directionnel 3 jusqu'au photodétecteur 7 par
l'intermédiaire de la fibre 5.
Le signal de sortie du photodétecteur 7 est am-
plifié dans un amplificateur 170 jusqu'à un niveau suffi-
samment élevé pour le traitement subséquent. De même, le
signal de sortie du photodétecteur de contrôle 6 est ampli-
fié dans un amplificateur 160 jusqu'à un niveau suffisam-
ment élevé pour le traitement subséquent.
La sortie de l'amplificateur 160, qui se rapporte à la sortie lumineuse de l'émetteur 2, est connectée à un circuit logique de synchronisation 167, à un détecteur de
crête 165 et à une horloge générale 161. Le circuit d'hor-
loge 161 comprend des circuits logiques de séquencement et
de commande qui seront décrits ci-après. La sortie de l'am-
plificateur 170, qui se rapporte aux signaux de retour pro-
venant des modulateurs, est connectée à l'une des entrées d'un circuit diviseur 171. L'autre entrée du diviseur 171 reçoit le signal de sortie d'un circuit de maintien 166 connecté en série avec le détecteur de crête 165, ce signal
suivant l'amplitude de crête du signal de sortie du photo-
détecteur de contrôle 6. Le diviseur 171 engendre un signal dont l'amplitude est égale à celle du signal de sortie de l'amplificateur 170 divisée par l'amplitude du signal de sortie du circuit de maintien 166. Ce signal de sortie
du diviseur 171 représente l'amplitude instantanée norma-
lisée des signaux de retour provenant des modulateurs indi-
viduels des rangées, corrigée de façon à être compensée
quant aux variations d'amplitude de l'impulsion interro-
gatrice. Un circuit d'échantillonnage et maintien 168 à
plusieurs voies applique successivement à la première en-
trée d'un amplificateur différentiel 169 un signal repré-
sentant l'amplitude instantanée normalisée des signaux de retour provenant des modulateurs individuels lorsqu'ils sont à un état de "repos". Lorsque le système est utilisé
dans des applications de séismologie océanique, les modu-
lateurs individuels 150, 151 et 159 seront à un état de
"repos" aux moments précédant immédiatement chaque produc-
tion d'un signal sismique dont les réflexions ou les ré-
fractions doivent être détectées par les modulateurs, pourvu qu'à ces moments il n'y ait pas d'arrivées notables sur les modulateurs de signaux réfléchis ou réfractés dus
à des signaux sismiques produits antérieurement. Le cir-
cuit logique de synchronisation 167, connecté entre l'ampli-
ficateur 160 et le circuit d'échantillonnage et maintien 168 à plusieurs voies, pilote le circuit d'échantillonnage
et maintien de façon à échantillonner et maintenir le si-
gnal de sortie du diviseur 171 aux seuls moments o les
modulateurs sont à l'état de repos. Les signaux de réfé-
rence "repos" maintenus sont appliqués aux instants appro-
priés à la première entrée de l'amplificateur différentiel 169. L'amplificateur différentiel 169 sera ainsi compensé quant à l'effet de variations systématiques lentes des conditions externes moyennes affectant le système. Lorsque le système est utilisé dans des applications de séismologie océanique, ces variations systématiques comprendront des
variations de température et de tension ou d'effort affec-
tant les modulateurs.
La sortie de l'amplificateur différentiel 169 est connectée à un circuit intégrateur 162 et à l'une des entrées d'un intégrateur commandé 163. L'autre entrée du circuit intégrateur 162 est connectée à l'horloge générale 161. L'une des entrées d'un circuit additionneur 172 est connectée à la sortie du circuit intégrateur 162. L'autre
entrée du circuit additionneur 172 est connectée à la sor-tie du diviseur 171.
Le signal de sortie de l'amplificateur différen-
tiel 169 représente l'amplitude instantanée normalisée des signaux de retour provenant des modulateurs individuels, corrigée quant aux variations de l'amplitude de l'impulsion
interrogatrice, aux variations systématiques lentes affec-
tant le système, et à l'effet des pertes dues aux modula-
* teurs situés en amont sur les signaux de retour provenant
des modulateurs situés en aval.
A tout instant, le signal de sortie du circuit intégrateur 162 représente l'énergie cumulée totale de tous
les signaux de retour détectés par le photodétecteur 7 de-
puis l'instant o a été envoyée la plus récente impulsion
interrogatrice. L'horloge générale 161 comporte des cir-
cuits logiques de séquencement et de commande permettant
de remettre à zéro le circuit intégrateur entre des lec-
tures de rangées de modulateurs successives. Le circuit additionneur 172 ajoute le signal de sortie du circuit intégrateur 162 au signal de sortie du diviseur 171, afin d'effectuer la correction quant à l'effet des pertes dues aux modulateurs situés en amont (c'est-à-dire les pertes dues au détournement, par chaque modulateur, d'une partie
de l'impulsion interrogatrice et à son renvoi vers l'émet-
teur 2).sur les signaux de retour provenant des modulateurs situés en aval. Le signal de sortie du circuit additionneur
172 est appliqué à la seconde borne d'entrée de l'amplifi-
cateur différentiel 169.
La sortie de l'amplificateur différentiel 169 est connectée à la première entrée du circuit intégrateur
commandé 163. L'horloge générale 161, qui comprend des cir-
cuits logiques de séquencement et de commande, est connec-
tée à l'autre entréede l'intégrateur commandé 163. L'inté-
grateur commandé 163 intègre le signal de sortie de l'ampli-
ficateur différentiel 169 pendant des intervalles de temps convenablement choisis de telle façon que la sortie de l'intégrateur commandé 163 délivre une série de signaux qui représentent chacun l'énergie combinée des signaux de retour provenant de tous les modulateurs constituant une seule rangée de modulateurs spécifiquement identifiée du système.
La sortie de l'intégrateur commandé 163 est con-
nectée à l'entrée d'un circuit démultiplexeur 164. Les signaux de sortie du démultiplexeur 164 sont appliqués à des circuits d'échantillonnage et maintien 173 à 180 (les circuits d'échantillonnage et maintien 174 à 179 ne sont
pas représentés sur la figure 9). Il faut prévoir un cir-
cuit d'échantillonnage et maintien pour chaque rangée de modulateurs. Bien qu'il ne soit indiqué sur la figure 9 que huit circuits d'échantillonnage et maintien, on doit comprendre que les circuits logiques de commande et de séquencement'associés à l'horloge générale 161 peuventpiloter les moyens 27 de traitement des signaux de façon à établir n'importe quel nombre entier positif de rangées à partir des modulateurs formés sur la fibre 1. L'horloge générale 161 est connectée au démultiplexeur 164 et aux circuits d'échantillonnage et maintien 173 à 180 afin de piloter
ces derniers en sorte qu'ils échantillonnent et maintien-
nent l'information issue de la sortie de l'intégrateur commandé 163. Ainsi, les circuits d'échantillonnage et maintien peuvent être lus entre des envois successifs de l'impulsion interrogatrice dans la fibre 1, de façon à tirer de chacun d'eux un signal propre à l'une des rangées représentant l'énergie totale de tous les signaux de retour provenant des modulateurs constituant cette rangée. Les
contenus de chacun des circuits d'échantillonnage et main-
2S62741
tien 173 à 180 est remis à jour à chaque envoi de l'impul-
sion interrogatrice, qui peut avoir lieu à des intervalles
de temps convenables tels que de , 1 ou 2 ms.
Dans une autre forme de réalisation, le signal de sortie de l'amplificateur différentiel 169 est appliqué à une série de circuits moyenneurs d'impulsions longues, un circuit moyenneur d'impulsions longues étant prévu pour
chaque rangée de modulateurs. Dans cette forme de réalisa-
tion, l'horloge générale 161 serait connectéeà chaque moyen-
neur d'impulsions longues pour piloter celui-ci de façon à ce qu'il intègre le signal de sortie de l'amplificateur
différentiel 169 sur des intervalles de temps convenable-
ment choisis afin d'engendrer, en réponse à chaque impul-
sion interrogatrice, un signal représentant l'énergie des signaux de retour provenant d'une rangée spécifiquement
identifiée de modulateurs. L'horloge générale 161 pilote-
rait également chaque moyenneur d'impulsions longues pour engendrer un signal de moyenne représentant l'énergie moyenne de tous les signaux de retour provenant d'une seule rangée de modulateurs et engendrés en réponse à plusieurs impulsions interrogatrices successives. La commande de chaque moyenneur d'impulsions longues réaliserait la fonction de démultiplexage que fournit le démultiplexeur 164 de la figure 9. Un circuit moyenneur d'impulsions longues peut être réalisé d'une manière bien connue dans l'art en munissant d'une boucle de contre-ré9ction un intégrateur commandé tel que l'intégrateur cmmandé 163
de la figure 9.
Dans cette autre forme de réalisation faisant usage de moyenneurs d'impulsions longues, l'intervalle de temps séparant les impulsions interrogatrices peut être réduit à 0,05 ou 0,1 ms, et la sortie de chaque moyenneur échantillonnée indépendamment à tout intervalle de temps
approprié, par exemple de , 1 ou 2 ms.
Dans une forme de réalisation adaptée à des applications en séismologie océanique, un multiplexeur
de données à fibres optiques conforme à la présente inven-
tion peut typiquement comprendre 203 rangées d'hydrophones, chacune ayant 15 mètres de longueur. Etant donné que la vitesse de la lumière dans une fibre optique normale est d'environ 0,21 m/ns, ce système peut être lu en environ 29 microsecondes. Ainsi, si l'intégrateur commandé 163
intègre le train d'impulsions issu de l'amplificateur dif-
férentiel 169 sur des intervalles longs de 142 nanosecondes, 203 signaux (représentant chacun spécifiquement le signal de retour provenant d'une rangée particulière) peuvent être engendrés, démultiplexés et maintenus pendant cette période d'environ 29 microsecondes. Ainsi, les impulsions interrogatrices peuvent être espacées à intervalles de 50 ou 100 microsecondes, ce qui correspond à des cadences
d'impulsions de 10 kHz ou 20 kHz.
La figure 10 est un ensemble de sept graphiques illustrant la manière selon laquelle un multiplexeur de données à fibres optiques conforme à la présente invention est capable de reconstituer les signaux externes arrivant
sur les rangées de capteurs ou de modulateurs du système.
Ci-après, dans la description de la figure 10, le signal
externe sera dénommé un signal acoustique, bien que l'on
doive comprendre que cette description peut être généra-
lisée, de façon évidente pour le spécialiste, pour s'appli-
quer à n'importe quel type de signaux externes. On consi-
dérera qu'une rangée du système se compose de capteurs du type décrit cidessus en référence aux figures 1 et 6, bien
que, là encore, il faille comprendre que la description
peut se généraliser pour englober n'importe quels capteurs et modulateurs décrits ici. La distance comptée à partir
de l'axe horizontal de chaque graphe représente l'ampli-
tude du signal. La distance comptée à partir de l'axe ver-
tical de chaque graphe représente le temps écoulé. L'échelle des temps commune des graphiques (a), (b), (c) et (g) de la figure 10 diffère beaucoup de l'échelle des temps commune des graphiques (d), (e) et (f) de la figure 10. L'origine
de l'axe horizontal correspond à l'instant t0 o une impul-
sion interrogatrice est envoyée dans la fibre 1 par l'émet-
teur 2.
Le graphique (a) représente un signal acoustique arrivant sur une rangée particulière de capteurs (c'est-à-
dire un premier groupe de capteurs) du système. Le graphi-
que (b) représente un autre signal acoustique arrivant sur
une seconde rangée de capteurs du système de rangées, celle-
ci étant localisée plus loin de l'émetteur que la première rangée. Le graphique (c) représente un troisième signal acoustique arrivant sur une troisième rangée de capteurs localisée plus loin de l'émetteur que la seconde rangée de
capteurs. Afin d'alléger l'exposé de l'invention, on sup-
posera que chacune des trois rangées est composée de cinq
capteurs, et que la distance entre deux capteurs quelcon-
ques d'une rangée est inférieure à la distance entre un capteur choisi dans une rangée et un autre capteur choisi
dans une rangée différente.
Le graphique (d) représente une impulsion lumi-
neuse typique dans la fibre 1, en un emplacement voisin de l'émetteur 2. La largeur de l'impulsion interrogatrice
représentée est d'environ 30 nanosecondes.
Le signal de sortie du photodétecteur 7, repré-
sentant les impulsions de retour engendrées dans les trois
rangées de capteurs, est représenté sur le graphique (e).
L'impulsion située à gauche (c'est-à-dire l'impulsion dé-
tectée en premier lieu par le photodétecteur 7) représente l'impulsion de retour provenant de la première rangée de capteurs. L'impulsion située sur la droite représente l'impulsion de retour provenant de la troisième rangée de
capteurs. Chacune des trois impulsions que montre le gra-
phique (e) présente cinq crêtes ou "pointes", chaque pointe représentant le signal de retour provenant de l'un des
cinq capteurs individuels qui constituent chaque rangée.
Les impulsions que montre le graphique (e) sont des signaux électriques qui sont ensuite traités par les moyens 27 de traitement des signaux de la manière décrite ci-dessus en
référence à la figure 9.
Les signaux que montre le graphique (e) seront transformés en les signaux que montre le graphique (f) après traitement partiel par les moyens 27 de traitement des signaux. En particulier, ces signaux se trouvent à la sortie de l'intégrateur commandé 163. L'amplitude de l'impulsion située à gauche a été réduite presque à zéro par les moyens 27 de traitement des signaux. Ceci est le reflet de l'amplitude presque nulle du signal acoustique arrivant sur la première rangée de capteurs au moment o l'impulsion interrogatrice traverse cette rangée. De même, l'amplitude de chacune des deux autres impulsions que montre le graphique (f) correspond à l'amplitude du signal acoustique arrivant sur la rangée de capteurs associée à cette impulsion au moment o l'impulsion interrogatrice la traverse. Comme décrit ci-dessus, le signal de sortie de l'intégrateur commandé 163 est démultiplexé et maintenu
dans les circuits d'échantillonnage et maintien 173 à 180.
Le graphique (g) montre une série de points d'information,
chacun d'eux étant obtenu par lecture du contenu du cir-
cuit d'échantillonnage et maintien particulier qui stocke
l'information concernant la première rangée de capteurs.
Le premier point d'information du graphique (g) représente la première impulsion (ayant une amplitude presque nulle)
que montre le graphique (f). Les autres points d'informa-
tion du graphique (g) résultent d'interrogations ultérieures
du système de rangées effectuées par des impulsions inter-
rogatrices envoyées dans la fibre 1 à des intervalles de ms. Une analyse de ces points d'information permet la reconstitution (telle que suggérée sur le graphique (g)) du signal acoustique arrivant sur la première rangée de capteurs. Le multiplexeur de données à fibres optiques de la présente invention peut, dans uneforme de réalisation comprenant un ou plusieurs capteurs destinés à convertir directement une grandeur physique en examen en un signal
optique modulé, être appliqué à divers cas faisant inter-
venir une collecte de données. Le type de capteur choisi pour être utilisé avec une telle forme de réalisation du
système dépendra du contexte particulier d'emploi du sys-
tème. En référence aux figures 2 à 8, on a décrit ci-dessus plusieurs types de capteurs acoustiques qui peuvent être utilisés dans la forme de réalisation préférée du système, représentée d'une façon simplifiée sur la figure 1. On doit se rendre compte que, en plus de ces capteurs acoustiques, d'autres types de capteurs peuvent, dans le cadre de la
présente invention, être conçus pour faire varier directe-
ment l'écartement de fibres en réponse à d'autres types de signaux, tels que des signaux thermiques, magnétiques
et électriques, en permettant la détection de ces signaux.
Des modulateurs à usage général 200, 210 et 220,
mettant en oeuvre les principes de l'invention, sont repré-
sentés sous une forme schématique simple sur la figure 11,
et une vue en coupe d'un modulateur isolé, du type repré-
senté sur la figure 11, est représentée surla figure 12.
Tout capteur classique qui convertit un phénomène physique
tel que la pression, la température ou le champ magné-
tique en un signal électrique peut être utilisé pour ac-
tionner les modulateurs 200, 210 et 220. En se servant à titre d'exemple d'une rangée d'hydrophones, on peut se
rendre compte d'un avantage qu'il y a à utiliser un modu-
lateur à usage général plutôt qu'un capteur qui convertit directement la grandeur en examen en un signal optique modulé. Comme indiqué précédemment, dans une application typique en séismologie océanique, la sortie de dix-sept hydrophones répartis sur une longueur de quinze mètres est utilisée pour constituer une rangée. Si des capteurs à fibres optiques du type décrit ci-dessus en référence aux figures 2 à 8 sont utilisés pour constituer cette rangée,
il est encore nécessaire de former dix-sept de ces dispo-
sitifs pour chaque intervalle de quinze mètres. Cependant, en utilisant le modulateur à usage général des figures 11
et 12, les sorties de dix-sept hydrophones classiques peu-
vent être additionnées ensemble pour s'appliquer à une entrée de modulateur unique. De cette manière, il n'est nécessaire de former qu'un seul dispositif (modulateur)
sur la fibre pour chaque intervalle de quinze mètres, plu-
tôt que dix-sept dispositifs (capteurs).
La figure 11 représente de façon semi-schématique des modulateurs optiques identiques 200, 210 et 220. Chacun des modulateurs 200, 210 et 220 comprend un élément pousseur semblable à l'élément pousseur 201 du modulateur 200, un organe d'actionnement semblable à l'organe d'actionnement 202 du modulateur 200, un capteur classique semblable au
capteur classique 204 du modulateur 200, et un boîtier ri-
gide semblable au boîtier rigide 203 du modulateur 200.
L'élément pousseur 201 applique une force variable dans le temps au segment 32 de la fibre optique 1 en réponse à un signal d'actionnement variable dans le temps (qui peut être
un signal de tension) issu de l'organe d'actionnement 202.
Le segment 33 de la fibre 1 est fixé de manière sensible-
ment rigide au boîtier rigide 203 et est séparé du segment 32 par un matériau élastique de gainage (ou par un fluide ou un gel) de telle façon que la force variable dans le temps exercée par l'élément pousseur 200 sur le segment 32 fasse varier l'écart entre le segment 32 et le segment 33. L'amplitude du signal d'actionnement variable dans le temps issu de
l'organe d'actionnement 202 varie en fonction de l'ampli-
tude d'un signal externe arrivant sur le capteur classique 204, de telle façon que l'écart entre les segments 32 et 33 sera fonction de l'amplitude instantanée de ce signal externe arrivant sur le capteur 204. Il doit être clair que, bien qu'un seul capteur classique (le capteur 204) connecté à l'organe d'actionnement 202 soit représenté sur la figure 11, plus d'un de ces capteurs classiques peut être connecté à l'organe d'actionnement 202 pour
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faire en sorte que l'amplitude du signal de sortie issu de
l'organe d'actionnement 202 varie en fonction de l'ampli-
tude du signal externe qui arrive sur chacun de ces cap-
teurs classiques. Une forme de réalisation préférée d'un modulateur du type que montre la figure 11 sera décrite
ci-après en référence à la figure 12.
La figure 12 est une vue en coupe, faite suivant un plan normal à l'axe du segment 33 de la fibre optique, d'une forme de réalisation préférée d'un modulateur optique (désigné par la référence numérique 300) du type représenté de façon semi-schématique sur la figure 11. Les segments 48 et 49 du coeur de la fibre, situés respectivement dans
les régions des segments 33 et 32 de la fibre 1, sont dé-
pouillés de leur gaine, disposés parallèlement l'un à l'au-
tre avec un écartement prédéterminé (de l'ordre de quelques micromètres), et l'espace situé entre les segments de coeur est rempli avec un fluide d'indice connu 310 (qui peut
être un gel) ayant sensiblement le même indice de réfrac-
tion que la matièrede la gaine d'origine de la fibre 1. En variante, les segments de coeur dénudés 48 et 49 peuvent être gainés de nouveau avec un matériau élastique de gainage 311 (représenté sur la figure 13, qui sera décrite ci-après) de la même manière que décrit ci-dessus en référence à la
figure 2.
Les segments de coeur 48 et 49 sont maintenus en position au point de repos correct de fonctionnement (c'est-à-dire l'écart moyen entre les segments de coeur 48 et 49) par un élément 307 (fixé rigidement au segment de fibre 33 à l'aide d'une matière adhésive 312) et un élément 304 (fixé rigidement au segment de fibre 32 à l'aide d'une matière adhésive 312) faisant partie de
l'élément pousseur 301. L'élément 307 est lié à un loge-
ment de micromètre 309 à l'aide d'une matière élastique de liaison 308. Le logement de micromètre 309 est fixé rigidement au boîtier rigide 303. L'écart moyen entre les segments de coeur 48 et 49 peut être grossièrement tS62741
ajusté par rotation manuelle d'une vis micrométrique 305.
La vis micrométrique 305 est en prise par son filetage avec le logement 309 de micromètre, de sorte que la rotation de la vis 305 provoque la translation de sa pointe 306 (représentée en contact avec l'élément 307 sur la figure 12) de façon à pousser l'élément 307 en l'éloignant du logement de micromètre 309 ou bien (lorsque la vis 305 est retirée
vers le bas sur la figure 12) de façon à permettre à l'élé-
ment 307 de se détendre en allant vers le logement 309 en réponse à la force exercée par la matière élastique 308 étirée. L'élément 304 est fixé rigidement à l'élément pousseur 301. Le logement 302 de l'élément pousseur est fixé au boîtier rigide 303. L'élément pousseur 301 est fixé au logement d'élément pousseur 302 de telle façon qu'il puisse coulisser (ou se déplacer en translation d'une autre manière) par rapport au logement d'élément pousseur 302. L'élément pousseur 301 déplace l'élément 304 (et par suite le segment de coeur 49 du segment 32) par rapport au segment de coeur 48, en réponse à la différence de potentiel (tension) variable en fonction du temps appliquée entre des fils 320 et 321. Les fils 320
et 321 sont reliés électriquement à l'élément pousseur 301.
Les fils 320 et 321 connectent l'élément pousseur 301 à un capteur classique (non représenté sur la figure 12) qui applique un signal de tension variable dans le temps sur les fils 320 et 321 en réponse à une grandeur physique à détecter (par exemple la température ou la pression), qui
agit sur ce capteur classique.
L'élément pousseur 301 peut être choisi parmi de nombreux dispositifs classiques, y compris, mais sans
limitation, des transducteurs piézoélectriques, magnéto-
strictifs et électromécaniques, permettant d'obtenir un mouvement de translation en réponse à un signal de tension variable dans le temps. Par exemple, PZT Pusher Model PZ-30, fabriqué par Burleigh Instruments, pourrait convenir pour être utilisé en tant qu'élément pousseur 301. Un ajustement précis de l'écart moyen entre les segments de coeur 48 et 49 peut être obtenu au moyen d'une tension de polarisation appliquée à l'élément pousseur 301. Comme décrit ci-dessus, l'ajustement grossier de l'écart moyen peut être obtenu
par rotation manuelle de la vis micrométrique 305.
La figure 13 est une vue en coupe de la zone de couplage d'un modulateur du type représenté sur la figure 11, et illustre une variante de la configuration mécanique de cette zone de couplage dans laquelle les segments de coeur 48 et 49 sont disposés de façon à être sensiblement parallèles et suffisamment proches l'un de l'autre pour faciliter le couplage par champ évanescent de la lumière
d'un segment de coeur à l'autre. Pour réaliser un modula-
teur du type dont la zone de couplage est représentée sur
la figure 13, les segments de coeurs 48 et 49 situés res-
pectivement dans la région des segments 33 et 32 sont
dépouillés de leur gaine, disposés sensiblement parallèle-
ment l'un à l'autre à un écartement prédéterminé (de l'or-
dre de quelques micromètres), et sont gainés de nouveau avec un matériau élastique 311 de nouveau gainage ayant un indice de réfraction sensiblement identique à celui du
matériau de la gaine d'origine de la fibre 1. Les opéra-
tions de dénudage et de nouveau gainage sont effectuéesde la même manière que décrit ci-dessus en référence à la
figure 2 et avec les mêmes matériaux.
Une matière adhésive 312 lie l'élément 307 -au segment de fibre 33 et l'élément 304 au segment de fibre
32. Une résine époxy est généralement appropriée pour ser-
vir de matière adhésive 312.
La description ci-dessus a été donnée à titre
purement illustratif de la présente invention et diverses modifications et variantes peuvent y être apportées sans
pour autant sortir du cadre de ladite invention.

Claims (22)

REVENDICATIONS
1. Système de collecte de données caractérisé en ce qu'il comprend: une fibre optique principale (1) ayant des première et seconde extrémités et comprenant un coeur (31) et une matière de gaine (29); un moyen (2) pour envoyer dans la première extrémité de la fibre principale une impulsion lumineuse interrogatrice qui se propage dans
un premier sens le long de la fibre principale; un modula-
teur (10, 90, 150, 200) formé sur ladite fibre principale, ledit modulateur comprenant un segment de fibre optique maintenu sensiblement parallèlement à une première portion (33) de ladite fibre principale de telle façon que ledit segment et ladite fibre principale soient séparés par une distance qui varie en réponse aux variations d'un signal externe incident, ledit modulateur comprenant de plus des moyens pour détourner une fraction de retour de ladite impulsion lumineuse interrogatrice de telle façon que la fraction de retour se propage dans la fibre principale dans un sens opposé audit premier sens, l'intensité de la fraction de retour variant en fonction de la distance séparant ledit
segment et ladite fibre principale; et un moyen de détec-
tion du signal de retour, couplé optiquement à ladite fibre
principale pour détecter ladite fraction de retour.
2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que: ledit segment consiste en une seconde portion
(32) de ladite fibre principale; et lesdits moyens pour dé-
tourner une fraction de retour consistent en une troisième
portion de ladite fibre principale, dont une première ex-
trémité est connectée à Iadite seconde portion et une seconde extrémité est connectée à ladite première portion, de telle façon que ladite fraction de retour comprenne une fraction de l'impulsion interrogatrice transférée depuis ladite première portion jusque dans ladite seconde portion
par couplage par champ évanescent et une fraction de l'im-
pulsion interrogatrice transférée depuis ladite seconde portion jusque dans ladite première portion par couplage
par champ évanescent.
3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit signal externe est un signal acoustique et en ce que ledit modulateur comprend de plus: une structure creuse (40, 60) délimitant une chambre (41, 61) contenant de l'air, laquelle structure entoure ladite première por- tion et ladite seconde portion et empêche sensiblement
l'entrée de liquide dans la chambre, ladite structure com-
prenant une première surface (42, 62) et une seconde sur-
face (43, 63), ladite première surface étant à même de se déplacer par rapport à ladite seconde surface en réponse
à des vibrations acoustiques incidentes arrivant sur la-
dite structure; un matériau élastique (30), formant une
gaine, disposé entre ladite première portion et ladite se-
conde portion; une première broche (46, 74) disposée dans ladite chambre en contact avec ladite première surface et ladite première portion; et une seconde broche (47, 75) disposée dans ladite chambre en contact avec ladite seconde surface et ladite seconde portion de telle façon que les
vibrations acoustiques incidentes arrivant sur la struc-
ture déplaçent ladite première broche par rapport à ladite seconde broche et fassent varier la distance entre ladite
première portion et ladite seconde portion.
4. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit signal externe est un signal acoustique et en ce que ledit modulateur comprend de plus: une structure creuse (80) délimitant une chambre (89) contenant de l'air,
laquelle structure entoure ladite première portion et la-
dite seconde portion et empêche sensiblement l'entrée de liquide dans la chambre, ladite structure comprenant une première surface (83) et une seconde surface (84), ladite première surface étant à même de se déplacer par rapport
à ladite seconde surface en réponse à des vibrations acous-
tiques incidentes arrivant sur ladite structure; une cou-
che de gel (77) dont l'indice de réfraction est sensible-
ment identique à celui de la matière de gaine de la fibre optique principale et qui sépare ladite première portion
2562741'
de ladite seconde portion; un premier élément (87) dis-
posé dans ladite chambre en contact avec ladite première portion et ladite première surface; et un second élément (88) disposé dans ladite chambre en contact avec ladite seconde portion et ladite seconde surface de telle façon que les vibrations acoustiques incidentes arrivant sur la
structure déplacent ledit premier élément par rapport au-
dit second élément et fassent varier la distance entre
ladite première portion et ladite seconde portion.
5. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit signal externe est un signal de tension et en ce que lesdits moyens pour détourner une fraction de retour comprennent: un boîtier (203, 303) fixé à ladite première portion; et un élément pousseur (201, 301) fixé au boîtier et à ladite seconde portion de telle façon que
l'élément pousseur déplace ladite seconde portion par rap-
port à ladite première portion en réponse aux variations du signal de tension, en sorte que la distance séparant ladite première portion de ladite seconde portion varie
en réponse aux variations du signal de tension.
6. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit modulateur comprend de plus: un capteur (204) apte à engendrer un signal de tension de telle façon qu'une caractéristique dudit signal de tension'varie en
réponse aux variations d'un signal externe incident arri-
vant sur ledit capteur; un bottier (203, 303) fixé à la-
dite première portion; et un élément pousseur (201, 301) électriquement relié au capteur et fixé au bottier et à
ladite seconde portion de'telle façon que l'élément pous-
seur déplace ladite seconde portion par rapport à ladite première portion en réponse aux variations du signal de tension, en sorte que la distance séparant ladite première portion de ladite seconde portion varie en réponse aux
variations du signal de tension.
7. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que: ledit segment est une fibre optique (110)
2562741'
séparée de ladite fibre principale, ladite fibre optique présentant une première face (140) d'extrémité plane à
haute réflectivité orientée sensiblement perpendiculaire-
ment à l'axe de ladite fibre optique, et une seconde face (141) d'extrémité plane à haute réflectivité orientée sen-
siblement perpendiculairement à l'axe de ladite fibre op-
tique; et ladite fraction de retour comprend une fraction
de ladite impulsion interrogatrice transférée depuis la-
dite fibre principale jusque dans ladite fibre optique par couplage par champ évanescent puis réinjectée par couplage par champ évanescent depuis ladite fibre optique jusque dans ladite fibre principale de telle façon qu'elle se propage dans ladite fibre principale en sens opposé audit
premier sens.
8. Système selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit signal externe est un signal acoustique et en ce que ledit modulateur comprend de plus: une structure creuse délimitant une chambre (134) contenant de l'air, laquelle structure entoure ladite fibre optique et ladite
première portion de la fibre principale et empêche sensi-
blement l'entrée de liquide dans la chambre, ladite struc-
ture comprenant un diaphragme (130, 131) apte à se déplacer
par rapport à ladite première portion de la fibre princi-
pale en réponse aux vibrations acoustiques incidentes arri-
vant sur ladite structure; et un élément élastique (133) fixé entre ledit diaphragme et ladite première portion, et comprenant une couche élastique dont l'indice de réfraction est sensiblement identique à celui de la matière de gainage de la fibre principale et qui est disposée entre ladite fibre optique et ladite première portion de telle façon que les vibrations acoustiques incidentes arrivant sur la structure fassent varier la distance séparant ladite fibre
optique de ladite première portion.
9. Système selon la revendication 1, caractérisé
en ce que ledit moyen de détection du signal de retour com-
prend un premier transducteur (7) pour convertir au moins - 8. -w une partie de la fraction de retour en un premier signal électrique.
10. Système selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend de plus: un coupleur directionnel (3) couplé optiquement à ladite fibre principale entre ladite
première extrémité de ladite fibre principale et ledit mo-
dulateur; une première fibre de dérivation optique (4) couplée optiquement au coupleur directionnel de telle façon que de la lumière se propageant dans la fibre principale vers ledit modulateur soit détournée par ledit coupleur
directionnel jusque dans ladite première fibre de dériva-
tion optique; un moyen de contrôle (6) couplé optiquement à la première fibre de dérivation optique pour détecter la lumière détournée dans ladite première fibre de dérivation optique par ledit coupleur directionnel; et une seconde
fibre de dérivation optique (5) couplée optiquement au cou-
pleur directionnel et au moyen de détection du signal de
retour de telle façon que la fraction de retour se propa-
geant dans ladite fibre principale soit détournée par le-
dit coupleur-directionnel jusqu'audit moyen de détection du signal de retour en passant par ladite seconde fibre de
dérivation optique.
11. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend de plus un moyen (44, 69, 86, 137) pour réduire l'effet exercé sur l'intensité de la fraction de retour par une variation du signal externe incident qui
se produit à une vitesse de variation inférieure à une vi-
tesse minimale prédéterminée.
12. Système de collecte de données utilisant le multiplexage temporel, caractérisé en ce qu'il comprend:
une fibre optique principale (1) ayant une première extré-
mité et une seconde,extrémité; un moyen d'émission (2) pour
envoyer dans la première extrémité de la fibre principale, à un pre-
mier instant, une impulsion lumineuse interrogatrice qui se
propage dans un premier sens le long de la fibre princi-
pale; au moins deux modulateurs (10, 11; 90, 91; 150,
2562741'
151; 200, 210) formés sur ladite fibre principale, chacun desdits modulateurs comprenant un segment de fibre optique maintenu sensiblement parallèlement à une première portion (33) de ladite fibre principale de telle facon que ledit segment et ladite fibre principale soient séparés par une distance qui varie en réponse aux variations d'un signal externe incident, chacun desdits modulateurs comprenant de plus des moyens pour détourner une fraction de retour de ladite impulsion lumineuse interrogatrice de telle façon
que la fraction de retour se propage dans la fibre princi-
pale dans un sens opposé audit premier sens, l'intensité de la fraction de retour variant en fonction de la distance séparant ledit segment et ladite fibre principale; et un moyen de détection du signal de retour, couplé optiquement à ladite fibre principale, pour détecter la fraction de
retour provenant de chacun desdits modulateurs.
13. Système selon la revendication 12, caractérisé en ce que: ledit segment consiste en une seconde portion (32) de ladite fibre principale; et lesdits moyens pour
détourner une fraction de retour consistent en une troi-
sième portion de ladite fibre principale, dont une première extrémité est connectée à ladite seconde portion et une seconde extrémité est connectée à ladite première portion, de telle façon que ladite fraction de retour comprenne une fraction de l'impulsion interrogatrice transférée depuis ladite première portion jusque dans ladite seconde portion
par couplage par champ évanescent et une fraction de l'im-
pulsion interrogatrice transférée depuis ladite seconde portion jusque dans ladite première portion par couplage
par champ évanescent.
14. Système selon la revendication 12, caractérisé
en ce que: ledit segment est une fibre optique (110) sépa-
rée de ladite fibre principale, ladite fibre optique pré-
sentant une première face (140) plane d'extrémité à haute réflectivité orientée sensiblement perpendiculairement à l'axe de ladite fibre optique, et une seconde face (141)
plane d'extrémité à haute réflectivité orientée sensible-
ment perpendiculairement à l'axe de ladite fibre optique;
et ladite fraction de retour comprend une fraction de la-
dite impulsion interrogatrice transférée depuis ladite fibre principale jusque dans ladite fibre optique par cou- plage par champ évanescent puis réinjectée par couplage par champ évanescent depuis ladite fibre optique jusque dans ladite fibre principale de telle façon qu'elle se propage dans ladite fibre principale en sens opposé audit
premier sens.
15. Système selon la revendication 12, caractérisé
en ce que ledit moyen de détection du signal de retour com-
prend un premier transducteur (7) engendrant un premier signal électrique dont l'amplitude instantanée varie en fonction de l'amplitude instantanée des fractions de retour
détectées par le moyen de détection du signal de retour.
16. Système selon la revendication 15, caractérisé en ce que ledit premier signal électrique a une amplitude instantanée sensiblement proportionnelle à l'amplitude instantanée des fractions de retour détectées par le moyen
de détection du signal de retour.
17. Système selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'il comprend de plus: un coupleur directionnel (3) couplé optiquement à ladite fibre principale et disposé de telle façon que l'impulsion interrogatrice atteigne le coupleur directionnel avant d'atteindre l'un quelconque des modulateurs; une première fibre de dérivation optique (4) couplée optiquement au coupleur directionnel de telle
façon qu'une partie de l'impulsion interrogatrice se pro-
pageant dans ladite fibre principale vers lesdits modula-
teurs soit détournée par ledit coupleur directionnel.jusque dans ladite première fibre de dérivation optique; un moyen de contrôle (6) couplé optiquement à ladite première fibre
de dérivation optique pour détecter la partie de l'impul-
sion interrogatrice détournée dans ladite première fibre de dérivation optique par ledit coupleur directionnel.; et
une seconde fibre de dérivation optique (5) couplée opti-
quement au coupleur directionnel et au moyen de détection
du signal de retour de telle façon que la fraction de re-
tour se propageant dans ladite fibre principale soit dé-
tournée par ledit coupleur directionnel jusqu'audit moyen de détection du signal de retour en passant par ladite
seconde fibre de dérivation optique.
18. Système selon la revendication 17, caractérisé
en ce que le moyen de contrôle comprend un second transduc-
teur (6) pour convertir au moins partiellement en un second signal électrique la partie de l'impulsion interrogatrice détournée dans ladite première fibre de dérivation optique,
et en ce qu'il comprend de plus: des moyens (27) de trai-
tement des signaux électriquement connectés au premier
transducteur et au second transducteur pour convertir le-
dit premier signal électrique et ledit second signal élec-
trique en un signal de rangée représentant l'énergie totale renvoyée depuis un sous-ensemble sélectionné des deux ou
plusieurs desdits modulateurs.
19. Système selon la revendication 18, caractérisé en ce que les moyens de traitement des signaux comprennent de plus: des moyens (162) pour engendrer un troisième signal électrique dont l'amplitude est, à tout instant qui suit ledit premier instant, sensiblement proportionnelle à l'intégrale de temps dudit premier signal électrique, intégré depuis ledit premier instant jusqu'audit second
instant; et des moyens (172) pour appliquer ledit troi-
sième signal électrique audit premier signal électrique de façon à réduire l'effet'exercé sur ledit premier signal électrique par les pertes que font subir les modulateurs
situés en amont à la fraction de retour de chacun des modu-
lateur dudit sous-ensemble sélectionné, et à réduire l'ef-
fet dû aux pertes dans les modulateurs situés en amont sur
ledit signal de rangée.
20. Système selon la revendication 18, caractérisé
en ce que le moyen d'émission est apte à émettre en succes-
2562741'
sion dans la première extrémité de la fibre principale plu-
sieurs impulsions interrogatrices sensiblement identiques,
et en ce que les moyens de traitement des signaux compren-
nent de plus: des moyens (165, 166) pour engendrer un quatrième signal dont l'amplitude suit l'amplitude de crête dudit second signal électrique; et des moyens (171) pour appliquer ledit quatrième signal électrique audit premier signal électrique de facon à réduire l'effet exercé sur
ledit premier signal électrique par les différences exis-
tant entre les impulsions interrogatrices et à réduire
l'effet exercé sur ledit signal de rangée par les diffé-
rences existant entre les impulsions interrogatrices.
21. Système selon la revendication 20, caractérisé en ce que les moyens de traitement des signaux comprennent
de plus: des moyens (167, 168) pour échantillonner le pre-
mier signal électrique avant l'application dudit troisième signal électrique audit premier signal électrique, pendant des périodes sélectionnées o le système de collecte de données est à un état de repos; des moyens (168) pour
maintenir le signal échantillonné; et des moyens, compre-
nant un amplificateur différentiel (169), pour appliquer
le signal maintenu audit premier signal électrique de fa-
çon à réduire l'effet exercé sur l'intensité dudit premier
signal électrique par des variations des conditions exté-
rieures moyennes affectant les modulateurs entre les émis-
sions d'impulsions interrogatrices successives.
22. Système selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comprend de plus un moyen (44, 69, 86, 137), fixé à chacun des modulateurs, pour réduire l'effet exercé sur l'intensité de la fraction de retour par une variation du signal externe incident arrivant sur le modulateur qui
se produit à une vitesse de variation inférieure à une vi-
tesse minimale prédéterminée.
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