FR2590976A1 - Optical device for measuring physical characteristics - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to measurement devices which can be used for detecting and showing a physical characteristic of an object or of an apparatus or of the development of this characteristic with time. The invention essentially consists in converting this physical quantity into a mechanical displacement of a part 10, then into a deflection exerted by this part 10 on a length DELTA 1 of optical fibre 2, the said fibre 2 being connected for example to means 3, 4 for examining the light signal transmitted by the optical fibre 2. Application to measuring temperature, weight, length, etc.

Description

L; présente iii\cntion se rapporte aux dispositifs de mesure utilisables pour détecter et présenter une caracté- ristiquc physique d'uii cbjet ou d'un appareil ou sa modification dans le temps et en Farticulier aux dispositifs de mesure utilisant des fibres optiqucs aussi bien monomodes que inultimodes.  L; This invention relates to measuring devices which can be used to detect and display a physical characteristic of a subject or apparatus or its modification over time, and in particular to measuring devices employing monomode and optically efficient fibers. inultimodes.

On connaît déjà dans la technique antérieure des appareils de mesure permettant une transformation électrique ou une lecturc électrique d'une grandeur. Cette grandeur physique peut ainsi, par exemple, etre une pression, une température, un déplacement, une rotation, une contrainte, un poids, etc... Already known in the prior art measuring devices for electrical transformation or electrical reading of a size. This physical quantity can thus, for example, be a pressure, a temperature, a displacement, a rotation, a constraint, a weight, etc.

Les dispositifs connus nécessitent des conducteurs électriqucs pour détecter et transmettrc ces informations, ces informations risquant alors d'être déformées électriquement ou magnétiquement ou bien peuvent engendrer des parasites. Known devices require electrical conductors to detect and transmit this information, which information may then be electrically or magnetically deformed or may cause noise.

La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients des dispositifs électriques connus. The present invention aims to overcome these disadvantages of known electrical devices.

L'invention consiste essentiellement à mesurer une atténuation variable avec une longueur nl de fibre optique courbée. The invention essentially consists in measuring a variable attenuation with a length nl of curved optical fiber.

Le dispositif de l'invention convertit une grandeur physique en un déplacement mécanique d'une pièce 10 qui exerce une flexion sur une longueur El de fibre optique 2, ladite fibre optique étant reliée à des moyens (3, 4) de scrutation du signal lumineux transmis par la fibre optique 2. The device of the invention converts a physical quantity into a mechanical displacement of a part 10 which bends over a length E1 of optical fiber 2, said optical fiber being connected to means (3, 4) for scanning the light signal transmitted by the optical fiber 2.

Selon une caractéristique de l'invention, la longueur t1 dc fibre optique 2 courbée dépend du déplacement de la pièce 10. According to one characteristic of the invention, the length t1 of the curved optical fiber 2 depends on the displacement of the part 10.

Le déplacement de cette pièce 10 peut être une rotation, une translation, un glissement ou une combinaison de ces mouvements. The displacement of this piece 10 can be a rotation, a translation, a sliding or a combination of these movements.

Les moyens (3, 4) de scrutation du signal lumineux sont des moyens sensibles à une atténuation de l'intensité lumineuse. The means (3, 4) for scanning the light signal are means sensitive to attenuation of the light intensity.

Ces moyens (3, 4) de scrutation- sont formés de moyens 3 émetteurs de signal lumineux, de moyens 4 pour détecter le signal lumineux transmis par la fibre optique 2 et pour transformer ce signal lumineux en un signal électrique. These scanning means (3, 4) are formed by light signal emitting means 3, means 4 for detecting the light signal transmitted by the optical fiber 2 and for transforming this light signal into an electrical signal.

Selon une autre caractéristique, le signal électrique issu desdits moyens 4 est appliqué à des moyens 5 de comparaison à une tension Vréf de référence. According to another characteristic, the electrical signal from said means 4 is applied to means 5 for comparison with a reference voltage V ref.

Les pièces (10, 11, 12) peuvent par exemple être des galets. The parts (10, 11, 12) may for example be rollers.

Le galet 10 mobile peut avoir une section cylindrique ou en cardiolde, ou parabolique. The movable roller 10 may have a cylindrical or cardioidal or parabolic section.

Selon une autre caractéristique, la pièce 10 exerce une flexion sur plusieurs boucles de fibre optique 2.  According to another characteristic, the part 10 exerts a bending on several loops of optical fiber 2.

D'autres avantages et caractéristiques apparaitront à la lecture de la description suivante illustrée par des dessins. Other advantages and features will become apparent upon reading the following description illustrated by drawings.

L figure 1 représente une vue schématique d'un dispositif de mesure selon l'invention. Figure 1 shows a schematic view of a measuring device according to the invention.

La figure 2 représente un exemple de mesure selon l'invention. FIG. 2 represents an exemplary measurement according to the invention.

En se référant à la figure 1, le dispositif de mesure de l'invention comprend essentiellement un pointeau 1 mobile solidaire d'une pièce mécanique 10 à une de ses extremités, l'autre extrêmité non représentée étant raccordée au dispositif proprement dit sur lequel une grandeur doit etre mesurée. Ainsi, s'il s'agit d'un poids, on peut avoir une masse en mouvement ; stil s'agit d'une pression, on peut avoir une membrane en mouvement qui déplace alors linéairement le pointeau 1. De façon générale, le pointeau 1 transmet une variation d'une grandeur physique en un déplacement.Dans la plupart des cas, ce déplacement est linéaire, comme dans des applications à des manomètres, thermomètres, etc..., mais l'invention s'appliquerait de la même façon à des déplacements non linéaires de ce pointeau 1 tels que des rotations, des glissements, des translations ou à une combinaison de ces déplacements. Referring to FIG. 1, the measuring device of the invention essentially comprises a movable needle 1 secured to a mechanical part 10 at one of its ends, the other end not shown being connected to the device itself, on which a magnitude must be measured. Thus, if it is a weight, one can have a moving mass; stil is a pressure, one can have a moving membrane that then linearly moves the needle 1. In a general way, the needle 1 transmits a variation of a physical quantity in a displacement. In most cases, this displacement is linear, as in applications to manometers, thermometers, etc ..., but the invention would apply in the same way to nonlinear displacements of this needle 1 such as rotations, slips, translations or to a combination of these displacements.

La pièce 10 est placée en quinconce avec deux autres pièces mécaniques 11 et 12. Ces deux pièces 11 et 12 sont portées par un bras non représenté et sont par exemple fixes. The part 10 is staggered with two other mechanical parts 11 and 12. These two parts 11 and 12 are carried by an arm not shown and are for example fixed.

Une fibre optique 2 est placée selon l'invention entre ces deux pièce 11 nt 12 ot i nièce 10 si bion que.  An optical fiber 2 is placed according to the invention between these two pieces 11 and 12 so that it is possible to use them.

lorsque la pièce 10 se déplace dans i'espacc compris entre les deux pièces 11 et 12, la fibre 2 est soumise à des courbures mécaniques. Il convient d'éviter un allongement ou une traction dc la fibre 2 et, à cet effet, une grande réserve de fibre 2 est prévue d'un coté ou de l'au- tre des pièces 11 et 12. Le mouvement du pointeau 1 peut par exemple entre transmis à la pièce 10 par l'intermédiaire d'une pièce 1 déplaçant une came lb mobile en rotation autour d'un axe 0 perpendiculaire au plan de déplacement du pointeau 1.La cnme lb déplace alors la pièce 10 dans l espace compris entre les pie ces 11 et 12 et provoque une flexion d'une longueur ldl de fibre optique 2 fonction du déplacement du pointeau 1.when the piece 10 moves in the space between the two parts 11 and 12, the fiber 2 is subjected to mechanical curvatures. Elongation or traction of the fiber 2 must be avoided and, for this purpose, a large fiber reserve 2 is provided on one side or on the other of the parts 11 and 12. The movement of the needle 1 can for example between transmitted to the workpiece 10 via a workpiece 1 moving a cam lb movable in rotation about an axis 0 perpendicular to the plane of displacement of the needle 1.La cnme lb then moves the workpiece 10 in the space between the pegs 11 and 12 and causes a flexion of a ldl length of optical fiber 2 function of the displacement of the needle 1.

De telles pièces mécaniques sont aisément réalisables on peut concevoir que ces pièces 10, 11, 12 sont des galets. Such mechanical parts are easily achievable it is conceivable that these parts 10, 11, 12 are rollers.

De la sorte, la longueur de fibre 2 optique soumise à la courbure est rendue variable. Elle peut être augmentée en bouclant la fibre plusieurs fois autour de la pièce 10.In this way, the optical fiber length 2 subjected to the curvature is made variable. It can be increased by looping the fiber several times around the piece 10.

Cette fibre optique 2 est reliée, par exemple à l'une de ses extrêmités, à des moyens sources3 metteurs de signal lumineux susceptibles d'injecter dans cette fibre 2 un signal lumineux et, à son autre extrêmité, à des moyens récepteurs 4 de signal lumineux susceptibles de recevoir le signa lumineux transmis par la fibre et de le présenter sous forme électrique. Ces moyens récepteurs 4 sont en outre associés à des moyens de comparaison 5 qui permettent de comparer le signal reçu à u étalon. Cette compa raison est aisément effectuée sur le signal électrique dis ponible à l'entrée des moyens 5 de comparaison qui reçoit alors une tension Vréf de référence. Un dispositif 6 de mesure de la variation ainsi détectée par les moyens 5 permet d'effectuer un enregistrement de la mesure. Cette mesure se traduit alors par une variation de l'atténuation, comme représentée sur la figure 2, en fonction de caractéristiques dimensionnelles de ces galets 10, telles que l'en trame des galets et les diamètres de ces mêmes galets(10, 11 et 12). Le tableau ci-dessous récapitule les entraxes et diamètres des galets(11, 12) utilisés pour effectuer les mesures des courbes A, B, C, D de la figure 2 obtenues au moyen du < li sposi ti f 6 (Je mesur".

Figure img00040001
This optical fiber 2 is connected, for example to one of its extremities, to light source sources 3 that can inject into this fiber 2 a light signal and, at its other end, signal receiver means 4 light likely to receive the luminous signal transmitted by the fiber and to present it in electrical form. These receiver means 4 are furthermore associated with comparison means 5 which make it possible to compare the received signal with a standard. This comparison is easily performed on the electrical signal available at the input of the comparison means 5 which then receives a reference voltage V ref. A device 6 for measuring the variation thus detected by the means 5 makes it possible to record the measurement. This measurement then results in a variation of the attenuation, as represented in FIG. 2, as a function of the dimensional characteristics of these rollers 10, such as the weft of the rollers and the diameters of these rollers (10, 11 and 12). The table below summarizes the centers and diameters of the rollers (11, 12) used to make the measurements of the curves A, B, C, D of FIG. 2 obtained by means of the "measured value".
Figure img00040001

<tb><Tb>

<SEP> # <SEP> galets <SEP> <SEP> 11, <SEP> 12 <SEP> entraxe
<tb> A <SEP> îOn.m20mm <SEP>
<tb> B <SEP> 8 <SEP> mm <SEP> 16 <SEP> mm
<tb> C <SEP> 6 <SEP> mu <SEP> 15 <SEP> mm
<tb> D <SEP> 5 <SEP> mm <SEP> 12 <SEP> mm
<tb>
On constate, sur la courbe D, une atténuation &alpha; qui varie de façon quasi linéaire avec le déplacement Y du galet 10. Les courbes A à C drivent des variations non linéaires de l'atténuation enregistrée en fonction du déplacement Y du galet 10. Si ces galets 10, 11, 12 sont cy lindriquts, il est aisé d'effectuer un enregistrement facilement étalonnable au moyen du dispositif 6 de mesure.<SEP>#<SEP> rollers <SEP><SEP> 11, <SEP> 12 <SEP> interaxle
<tb> A <SEP> Yin.m20mm <SEP>
<tb> B <SEP> 8 <SEP> mm <SEP> 16 <SEP> mm
<tb> C <SEP> 6 <SEP> mu <SEP> 15 <SEP> mm
<tb> D <SEP> 5 <SEP> mm <SEP> 12 <SEP> mm
<Tb>
On the curve D, there is an attenuation &alpha; which varies almost linearly with the displacement Y of the roller 10. The curves A to C drive non-linear variations of the attenuation recorded as a function of the displacement Y of the roller 10. If these rollers 10, 11, 12 are cylindrical, it is easy to make a recording easily calibrated by means of the measuring device 6.

il n'est toutefois pas nécessaire que les pièces mécaniques 10 présentent des diamètres égaux dans le cas de galets cylindriques. En effet, il peut s'avérer utile d'aniplifier la variation d'atténuation pour de faibles déplacements de la pièce 10 ou, au contraire, d'obtenir un déplacement important à un bout de course du déplacement de cette pièce 10.it is however not necessary that the mechanical parts 10 have equal diameters in the case of cylindrical rollers. Indeed, it may be useful to annihilate the variation of attenuation for small displacements of the part 10 or, on the contrary, to obtain a significant displacement at a stretch of the displacement of this part 10.

De même, si l'on choisit des pièces mécaniques 11 et 12 de grande dimension et une pièce 10 centrale de faible dimension, on obtient une variation brusque de l'atténuation u voisinage des faibles déplacements. Ceci se confirme dans le cas de galets (10, 11, 12) à section circulaire. Likewise, if large mechanical parts 11 and 12 and a small central part 10 are chosen, a sudden variation of the attenuation in the neighborhood of the small displacements is obtained. This is confirmed in the case of rollers (10, 11, 12) with circular section.

Si les pièces (10, 11, 12) ont une structure en coupe non circulaire mais par exemple présentent une structure en cardiolde pour la pièce 10 centrale, alors le dispositif de mesure est surtout sensible aux déplacements en bcut de cour se.If the parts (10, 11, 12) have a non-circular cross-sectional structure but for example have a cardio-shaped structure for the central part, then the measuring device is especially sensitive to shifting in the middle of the body.

Si la pièce centrale 10 a en coupe une structure pa folique, lors le dispositif de masure de l'invention sera tres sensible aux faibles x-ariations de déplacement du pointeau 1 et donc de la pièce 10 ct donc à de faibles atténuations au voisinage de la position de départ. If the central piece 10 has in section a pafolic structure, during the hiding device of the invention will be very sensitive to the low x-ariations of displacement of the needle 1 and therefore of the piece 10 ct therefore at low attenuations in the vicinity of the starting position.

La mesure enregistrée par le dispositif 6 peut égalemont être obtenue par une mesure de rétrodiffusion bien connue de l'homme de métier, les moyens émetteurs et récepteurs étant alors confondus de façon connue en soi. The measurement recorded by the device 6 can also be obtained by a backscattering measurement well known to those skilled in the art, the transmitter and receiver means then being confused in a manner known per se.

Le résultat de la comparaison obtenu en sortie du dispositif 5 peut également s'exprimer par un tout ou rien le dispositif 6 de mesure n'est alors pas utile.  The result of the comparison obtained at the output of the device 5 can also be expressed by an all or nothing device 6 measurement is not useful.

Claims (12)

REVENDICATIONS 1 - Dispositif optique de mesure comprenant des moyens pour convertir une grandeur physique n un déplacement mécanique d'une pièce 10, dispositif caractérisé par le fait que ladite pièce 10 exerce une flexion sur une longueur a de fibre optique 2, ladite fibre 2 s'appuyant par exemple sur deux pièces mécaniques (11, 12) placées en quinconce avec ladite pièce 10, ladite fibre 2 cotant reliée à des moyens (3, 4) de serutation du signal lumineux transmis par la fibre optique 1 - Optical measuring device comprising means for converting a physical quantity n a mechanical displacement of a part 10, characterized in that said part 10 exerts a bend over a length a of optical fiber 2, said fiber 2 is for example by pressing two mechanical parts (11, 12) staggered with said part 10, said dimensioned fiber 2 connected to means (3, 4) for sutting the light signal transmitted by the optical fiber 2 - Dispositif selon la revendication 1 caractérise par le fait que la longueur b1 de fibre optique 2 courbée dépend du déplacement de ladite pièce 10. 2 - Device according to claim 1 characterized in that the length b1 curved optical fiber 2 depends on the displacement of said part 10. 3 - Dispositif selon la revend A cation 2 caractérisé par le fait que le déplacement mécanique de ladite pièce 10 est une rotation, une translation, un glissement ou une combinaison de ces mouvements. 3 - Device according to revend A cation 2 characterized in that the mechanical displacement of said part 10 is a rotation, a translation, a slip or a combination of these movements. 4 - Dispositif selon l'une des revencications 1 à 3 caractérisé par le fait que lesdits mcyens (3, 4) de scrutation du signal lumineux sont des moyens sensibles à une atténuation de l'intensité lumineuse. 4 - Device according to one of rescications 1 to 3 characterized in that said mcyens (3, 4) for scanning the light signal are means sensitive to attenuation of light intensity. 5 - Dispositif selon la revendication 4 caractérisé par le fait que lesdits moyens (3, 4) de serutation sont formés de moyens 3 émetteurs de signal lumineux, de moyens 4 pour détecter le signal lumineux transmis par ladite fibre 2 optique et pour transformer ce signal lumineux en un signal électrique. 5 - Device according to claim 4 characterized in that said means (3, 4) serutation are formed means 3 light signal emitters, means 4 for detecting the light signal transmitted by said optical fiber 2 and to transform this signal bright in an electrical signal. 6 - Dispositif selon la revendication 5 caractérisé par le fait que le signal électrique issu desdits moyens 4 est appliqué à des moyens 5 de comparaison à une tension de référence. 6 - Device according to claim 5 characterized in that the electrical signal from said means 4 is applied to means 5 for comparison to a reference voltage. 7 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à6 caractérisé par le fait que lesdites pièces (10, 11, 12) sont des galets. 7 - Device according to one of claims 1 to 6 characterized in that said parts (10, 11, 12) are rollers. 8 - Dispositif selon la revendication 7 caractérise par le fait que le galet 10 a une section cylindrique. 8 - Device according to claim 7 characterized in that the roller 10 has a cylindrical section. 9 - Dispositif selon la revendication 7 caractérise par le fait que le galet 10 a une section en-cardiolde.  9 - Device according to claim 7 characterized in that the roller 10 has an in-cardiold section. 10 - Dispositif selon la revendication 7 caractérisé par le fit que le galet 10 a une section parabolique. 10 - Device according to claim 7 characterized by the fact that the roller 10 has a parabolic section. 11 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3 cractérîsé par le fcit que lesdites pièces mécaniques (11, 12) sont fixes. 11 - Device according to one of claims 1 to 3 charactésé by the fcit that said mechanical parts (11, 12) are fixed. 12 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6 caractérisé par le fait que ladite pièce 10 exerce une flexion sur plusieurs boucles de fibre 2 optique.  12 - Device according to one of claims 1 to 6 characterized in that said part 10 exerts a bending over several loops of optical fiber 2.
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Citations (2)

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US4342907A (en) * 1977-12-12 1982-08-03 Pedro B. Macedo Optical sensing apparatus and method
NL8401361A (en) * 1984-04-27 1985-11-18 Tno Distortion detector for pipelines, building materials etc. - uses optical fibre placed along object so that distortion causes change in transmission characteristics

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