FR2596530A1 - Fibre-optic optical sensor and process for manufacturing the said sensor - Google Patents
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Abstract
Description
CAPTEUR OPTIQUE A FIBRE OPTIQUE ET PROCEDE DE FABRICATION
DUDIT CAPTEUR
La présente invention concerne un capteur optique a fibre optique et un procédé de fabrication dudit capteur. Elle s'applique notamment à L'étude du pouvoir absorbant aussi bien en Lumière ultraviolette ou visible qu'en lumière infrarouge, de la fluorescence, de ta phosphorescence, de la Luminescence d'un milieu fluide (c'est-à-dire liquide ou gazeux) ou de L'effet
RABAN induit dans ce mi Lieu, à la détection d'objets ou à la mesure de dépLacements de tels objets.OPTICAL FIBER OPTIC SENSOR AND MANUFACTURING METHOD
SAID SENSOR
The present invention relates to a fiber optic optical sensor and a method of manufacturing said sensor. It applies in particular to the study of the absorbing power as well in ultraviolet or visible light as in infrared light, of fluorescence, of your phosphorescence, of the luminescence of a fluid medium (that is to say liquid or gaseous) or Effect
RABAN induces in this mid-place, the detection of objects or the measurement of displacement of such objects.
Des capteurs optiques appelés "optrodes" ont déjà été mentionnés dans la revue Analytical Chemistry vol.53 n014, p.1616A à 1618A (1981) et vol.56 n01 p.16A à 34A (1984). Optical sensors called "optrodes" have already been mentioned in the journal Analytical Chemistry vol.53 n014, p.1616A to 1618A (1981) and vol.56 n01 p.16A to 34A (1984).
On connaft également un capteur optique par la demande de brevet français n084-07215 du 10 mai 1984. We also know an optical sensor by the French patent application n084-07215 of May 10, 1984.
Les capteurs optiques connus sont encombrants et compliqués. Ceci est particuLièrement vrai pour les capteurs optiques comportant un hublot monté dans un support ainsi qu'un joint destiné à rendre étanche la liaison entre le hublot et le support, ces capteurs nécessitant de ce fait des moyens compliques et encombrants de fixation du hublot au support. Known optical sensors are bulky and complicated. This is particularly true for optical sensors comprising a porthole mounted in a support as well as a seal intended to seal the connection between the porthole and the support, these sensors therefore requiring complicated and bulky means of fixing the porthole to the support. .
Les capteurs utilisant des joints d'étanchéité ont des dimensions transverses importantes, en général supérieures à îOmm. De plus, leurs joints risquent d'être attaqués Lorsque ces capteurs sont plongés dans des liquides corrosifs ou exposés à des rayonnements ionisants, ce qui pose des problèmes de conservation d'étanchéité. The sensors using seals have large transverse dimensions, generally greater than 10 mm. In addition, their seals may be attacked when these sensors are immersed in corrosive liquids or exposed to ionizing radiation, which poses problems of sealing retention.
La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précédents en proposant un capteur optique qui, contrairement aux capteurs précédents, ne comporte pas de joint d'étanchéité et qui est réalisable avec des éléments très simples et sous une forme peu encombrante (avec des dimensions transverses très inférieures à îOmm), ce qui permet d'utiliser le capteur de L'invention dans le domaine médical, par exemple pour realiser des endoscopies ou mesurer, sur un patient, la pression partielle en oxygène du sang de celui-ci. The present invention aims to remedy the above drawbacks by proposing an optical sensor which, unlike the previous sensors, does not have a seal and which can be produced with very simple elements and in a space-saving form (with dimensions transverse very much less than 10 mm), which makes it possible to use the sensor of the invention in the medical field, for example for carrying out endoscopies or measuring, on a patient, the partial pressure of oxygen of the blood thereof.
De façon précise, la présente invention a tout d'abord pour objet un capteur optique, caractérisé en ce qu'il comprend :
- au moins une fibre optique,
- un manchon, une extrémité de chaque fibre optique étant Logée dans ce manchon, à partir d'une extrémité de celuici, et
- une optique qui est au moins en partie Logée dans
L'autre extrémité du manchon et a ainsi une extrémité en regard de chaque fibre optique, et qui est destinée à L'injection d'une luaiere incidente dans cette fibre.Specifically, the present invention firstly relates to an optical sensor, characterized in that it comprises:
- at least one optical fiber,
a sleeve, one end of each optical fiber being housed in this sleeve, from one end of it, and
- an optic which is at least partly housed in
The other end of the sleeve and thus has an end opposite each optical fiber, and which is intended for the injection of an incident luaiere in this fiber.
Selon un mode de réaLisation particulier du capteur objet de L'invention, ladite extrémité de L'optique est plane et perpendiculaire à l'axe du manchon et L'autre extrémité de
L'optique présente une convexité tournée vers L'extérieur du manchon.According to a particular embodiment of the sensor object of the invention, said end of the optic is plane and perpendicular to the axis of the sleeve and the other end of
The optic has a convexity turned towards the outside of the sleeve.
Il est possible de choisir la position relative de la fibre et de L'optique, ainsi que la courbure de L'autre extrémité de cette optique, de façon à pouvoir focaliser une lumière se propageant dans la fibre optique à une distance déterminée de
L'optique ou former à partir de cette Lumière un faisceau paraLLèle. It is possible to choose the relative position of the fiber and the optic, as well as the curvature of the other end of this optic, so as to be able to focus a light propagating in the optical fiber at a determined distance from
Optics or form from this Light a parallel beam.
Selon un autre mode de réalisation particulier du capteur objet de L'invention, ce capteur comporte en outre un moyen optiquement réflecteur place en regard de L'autre extrémité de L'optique et prévu pour réfléchir une lumière provenant de
L'optique en direction de celle-ci.According to another particular embodiment of the sensor object of the invention, this sensor further comprises an optically reflective means placed opposite the other end of the optic and provided for reflecting light coming from
The optics towards it.
Le faisceau Lumineux parallèle mentionné plus haut peut ainsi etre reflechi et réinjecté dans la fibre optique par L'intermédiaire de L'optique. The above mentioned parallel light beam can thus be reflected and reinjected into the optical fiber by means of optics.
Selon un autre mode de réaLisation particulier, le manchon est ferme sur son pourtour et la partie de L'optique et
L'extrémité de La fibre optique qui sont logées dans le manchon sont fixées de façon étanche à celui-ci. According to another particular embodiment, the sleeve is closed around its periphery and the part of the optic and
The end of the optical fiber which are housed in the sleeve are tightly fixed to the latter.
Selon un autre mode de réalisation particulier, le capteur étant destine à etre plongé dans un fluide (liquide ou gaz), un espace est prévu entre la fibre et L'optique, et le pourtour du manchon est percé de telle manière que le fluide puisse pénétrer dans cet espace lorsque le capteur est plongé dans ce fluide. According to another particular embodiment, the sensor being intended to be immersed in a fluid (liquid or gas), a space is provided between the fiber and the optics, and the periphery of the sleeve is pierced in such a way that the fluid can enter this space when the sensor is immersed in this fluid.
Le capteur objet de L'invention peut alors comprendre en outre un réactif place dans le manchon et prévu pour interagir avec le fluide lorsque le capteur est plongé dans ce fluide. The sensor object of the invention can then further comprise a reagent placed in the sleeve and intended to interact with the fluid when the sensor is immersed in this fluid.
Le réactif peut etre placé entre la fibre et le manchon. En outre, le manchon peut etre percé de trous fermes chacun par une membrane perméable au fluide. The reagent can be placed between the fiber and the sleeve. In addition, the sleeve can be pierced with closed holes each by a fluid permeable membrane.
Dans le cas de l'utilisation d'un manchon percé,
L'autre extrémité de L'optique peut etre avantageusement rendue optiquement reflectrice, ce qui simplifie encore la réalisation du capteur optique.When using a pierced sleeve,
The other end of the optic can advantageously be made optically reflective, which further simplifies the production of the optical sensor.
Selon un mode de réalisation avantageux du capteur objet de L'invention le manchon et l'optique sont en silice et sont soudés l'un à L'autre. On obtient ainsi un capteur résistant à bien des milieux corrosifs et utilisable dans un grand nombre de domaines. According to an advantageous embodiment of the sensor object of the invention, the sleeve and the optics are made of silica and are welded to one another. This produces a sensor resistant to many corrosive environments and usable in a large number of fields.
La présente invention concerne également un procédé de fabrication d'un capteur optique, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes successives suivantes :
- on donne à un solide transparent la forme d'un cylindre dont une face d'extrémité est perpendiculaire à ltaxe du cylindre,
- on introduit au moins en partie le solide par cette face dans un manchon dont le diamètre intérieur est prévu à cet effet,
- on fixe l'un à l'autre le manchon et le solide suivant Leurs pourtours,
- on donne à L'autre face d'extrémité du solide une forme convexe vue de L'extérieur du manchon, et
- l'on fixe dans le manchon, à partir de L'autre extrémité de celui-ci une extrémité d'au moins une fibre optique, de telle manière qu'une lumière incidente sur L'autre face d'extrémité du solide puisse etre injectée dans la fibre.The present invention also relates to a method for manufacturing an optical sensor, characterized in that it comprises the following successive steps:
- a transparent solid is given the shape of a cylinder, one end face of which is perpendicular to the axis of the cylinder,
the solid is introduced at least in part through this face into a sleeve whose internal diameter is provided for this purpose,
- the sleeve and the solid are fixed to each other along their edges,
the other end face of the solid is given a convex shape seen from the outside of the sleeve, and
- One fixes in the sleeve, from the other end thereof an end of at least one optical fiber, so that a light incident on the other end face of the solid can be injected into the fiber.
On obtient ainsi un capteur optique de façon assez simple et sans utiliser un grand nombre d'éléments pour La fabrication de ce capteur. An optical sensor is thus obtained quite simply and without using a large number of elements for the manufacture of this sensor.
Dans un mode de mise en oeuvre préférée du procédé objet de L'invention le manchon et Le solide sont en silice et sont fixés l'un à L'autre par soudage. In a preferred embodiment of the process which is the subject of the invention, the sleeve and the solid are made of silica and are fixed to each other by welding.
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de ta description qui suit, d'exemples de réalisation donnés à titre purement indicatif et nulLement Limitatif, en référence aux dessins annexes sur lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique d'un mode de réalisation particulier du capteur optique objet de L'invention,
- les figures 2 et 3 sont des vues de détail de la figure 1,
- Les figures 4 et 5 sont des vues schématiques de dispositifs de détection optique utilisant le capteur représenté sur La figure 1, et
- la figure 6 est une vue schématique d'un autre mode de réaLisation particulier du capteur optique objet de
L'invention.The present invention will be better understood on reading your description which follows, of exemplary embodiments given purely by way of indication and in no way limiting, with reference to the appended drawings in which:
FIG. 1 is a schematic view of a particular embodiment of the optical sensor object of the invention,
FIGS. 2 and 3 are detailed views of FIG. 1,
FIGS. 4 and 5 are schematic views of optical detection devices using the sensor shown in FIG. 1, and
- Figure 6 is a schematic view of another particular embodiment of the optical sensor object of
The invention.
Sur la figure 1, on a représenté schématiquement un mode de réalisation particulier du capteur optique objet de
L'invention. Ce capteur comprend une fibre optique 2, un manchon ou un tube 4 dont le diamètre intérieur est légèrement supérieur au diamètre de la fibre optique, une optique 6, une armature tubulaire 8 destinée à recevoir Le tube 4, un miroir 10 et un support ou raccord 12 prévu pour rendre solidaires l'un de
L'autre l'armature 8 et le miroir 10.In Figure 1, there is shown schematically a particular embodiment of the optical sensor object of
The invention. This sensor comprises an optical fiber 2, a sleeve or a tube 4 whose internal diameter is slightly greater than the diameter of the optical fiber, an optic 6, a tubular frame 8 intended to receive the tube 4, a mirror 10 and a support or fitting 12 provided for making one of
The other the frame 8 and the mirror 10.
La figure 2 est une vue suivant F de la figure 1, sur laquelle on voit les positions relatives de la fibre 2, du tube 4, de L'optique 6, de L'armature 8 et du support 12. FIG. 2 is a view along F of FIG. 1, in which we see the relative positions of the fiber 2, the tube 4, the optics 6, the frame 8 and the support 12.
Une extrémité de la fibre 2 est Logée dans te tube 4, à partir d'une extrémité de celui-ci et L'optique 6 est Logée dans
L'autre extrémité du tube 4. L'ensemble comprenant la fibre 2, le tube 4 et L'optique 6 étant réalisé d'une manière qui sera indiquée par la suite, cet ensembLe est Logé dans L'armature 8, d'un cote de celle-ci, de telle manière que l'extrémité du tube portant L'optique 6 dépasse dudit c8té, la fibre optique 2 sortant de L'autre caté de l'armature.One end of the fiber 2 is housed in the tube 4, from one end of the latter and the optic 6 is housed in the
The other end of the tube 4. The assembly comprising the fiber 2, the tube 4 and the optic 6 being produced in a manner which will be indicated below, this assembly is housed in the armature 8, of a dimension thereof, so that the end of the tube carrying the optic 6 protrudes from said side, the optical fiber 2 leaving the other side of the frame.
Le support 12 de forme tubulaire, est aligné avec l'armature 8, le c8té de cette armature duquel est placée
L'optique 6 étant inséré dans un cbté du support 12 prévu à cet effet, tandis que L'autre cbte du support 12 porte le miroir 10 de telle manière que la face réflectrice de celui-ci, qui peut être concave, soit en regard de L'optique 6. Le support 12 est en outre pourvu d'ouvertures permettant à un fluide dans lequel le capteur est plongé, de se trouver entre L'optique 6 et le miroir 10.The support 12 of tubular shape, is aligned with the frame 8, the side of this frame of which is placed
The optic 6 being inserted in one side of the support 12 provided for this purpose, while the other side of the support 12 carries the mirror 10 so that the reflective face of the latter, which may be concave, is opposite of the optic 6. The support 12 is further provided with openings allowing a fluid in which the sensor is immersed, to be between the optic 6 and the mirror 10.
Une pièce extrémité 14 vient fermer le caté de
L'armature 8 par lequel sort la fibre 2 tout en enserrant celleci. En outre, une gaine protectrice 15, faite par exemple d'un matériau thermo-rétractable, peut entourer la fibre 2 du c8té où celle-ci sort de l'armature, tout en recouvrant la pièce d'extrémité 14.An end piece 14 comes to close the cat
The frame 8 through which the fiber 2 leaves while enclosing it. In addition, a protective sheath 15, made for example of a heat-shrinkable material, can surround the fiber 2 of the side where it leaves the frame, while covering the end piece 14.
La figure 3 illustre la fabrication de l'ensemble comprenant la fibre 2, le tube 4 et L'optique 6. FIG. 3 illustrates the manufacture of the assembly comprising the fiber 2, the tube 4 and the optic 6.
Une pièce 18 faite d'un verre tel que la silice est usinée de façon à présenter la forme d'un cylindre de révolution à faces parallèles entre elles et perpendiculaires à l'axe dudit cylindre. Le cylindre ainsi obtenu est introduit en partie dans le tube 4, par une extrémité de celui-ci, de sorte qu'il subsiste une partie 20 du cylindre à l'extérieur de ce tube. A part 18 made of a glass such as silica is machined so as to have the shape of a cylinder of revolution with faces parallel to each other and perpendicular to the axis of said cylinder. The cylinder thus obtained is partially introduced into the tube 4, by one end of the latter, so that there remains a part 20 of the cylinder outside this tube.
Ce dernier est fait, de préférence, d'un matériau résistant à la plupart des agressions chimiques. Il est fait, par exemple, du même verre (tel que la silice), que L'optique 6, pour éviter tout problème de dilatation thermique. De plus, le tube 4 (non perce sur son pourtour) a un diamètre intérieur très Légèrement supérieur au diamètre du cylindre. The latter is preferably made of a material resistant to most chemical attacks. It is made, for example, of the same glass (such as silica), as optics 6, to avoid any problem of thermal expansion. In addition, the tube 4 (not pierced around its periphery) has an internal diameter very slightly greater than the diameter of the cylinder.
Au moyen d'un chalumeau par exemple, on soude au tube 4 suppose en silice, le pourtour de la partie du cylindre 18 se trouvant dans ce tube. Ensuite, au moyen d'une machine classique de polissage, ta partie 20 extérieure au tube 4 est usinée de façon que le cylindre 18 ait, vu de L'extérieur du tube 4, une face convexe 22. On obtient ainsi, à partir du cylindre 18,
L'optique 6, cette optique constituant une lentille de champ dont une face 22 est convexe et dont L'autre face 24 est plane et perpendiculaire à L'axe du tube 4.By means of a torch, for example, the tube 4 is welded in silica, the periphery of the part of the cylinder 18 being in this tube. Then, by means of a conventional polishing machine, the part 20 outside the tube 4 is machined so that the cylinder 18 has, seen from the outside of the tube 4, a convex face 22. This is obtained, from the cylinder 18,
The optic 6, this optic constituting a field lens, one face 22 of which is convex and the other face 24 of which is planar and perpendicular to the axis of the tube 4.
Une extrémité de la fibre 2 est ensuite fixée de façon étanche dans Le tube 4, au moyen d'une couche 25 de colle appropriée par exemple epoxy, de telle manière qu'elle se trouve placee en regard de La face plane 24 de L'optique 6, un espace 26 existant alors entre la fibre et L'optique. Cet espace n'est pas indispensable (c'est-à-dire que L'extrémité de la fibre peut être placée contre La face plane 24) sauf dans Le cas de la réalisation représentée sur La figure 6 décrite plus loin, où
L'espace 26 est nécessaire.One end of the fiber 2 is then fixed in a leaktight manner in the tube 4, by means of a layer 25 of suitable adhesive, for example epoxy, so that it is placed opposite the flat face 24 of the optic 6, a space 26 then existing between the fiber and the optic. This space is not essential (that is to say that the end of the fiber can be placed against the flat face 24) except in the case of the embodiment shown in FIG. 6 described below, where
Space 26 is required.
Un centrage optimal de la fibre dans le tube peut être obtenu en collant contre ladite extrémité de la fibre une très fine aiguille par exemple une aiguille hypodermique (en acier inoxydable), avant de coller la fibre munie de cette aiguille dans Le tube 4. Optimal centering of the fiber in the tube can be obtained by gluing a very fine needle against said end of the fiber, for example a hypodermic needle (made of stainless steel), before gluing the fiber provided with this needle into tube 4.
L'armature 8, par exemple en acier inoxydable, peut être fixée de façon étanche au tube 4 en silice également au moyen d'une colle époxy. De même, la fixation du support 12 à l'armature 8 peut être effectuée au moyen d'une telle colle. The frame 8, for example made of stainless steel, can be tightly attached to the silica tube 4 also by means of an epoxy adhesive. Likewise, the fixing of the support 12 to the frame 8 can be carried out by means of such an adhesive.
La fibre optique 2, comportant bien entendu un coeur ainsi qu'une gaine optique, est munie d'un revêtement protecteur classique généralement en matière plastique 32, mais ceci n'est pas indispensable : au moins pour la partie de la fibre située dans le tube 4, ce revêtement protecteur peut être enlevé. The optical fiber 2, of course comprising a core as well as an optical sheath, is provided with a conventional protective coating generally made of plastic material 32, but this is not essential: at least for the part of the fiber located in the tube 4, this protective coating can be removed.
En fonction des valeurs des paramètres que constituent la courbure de la face 22 de L'optique 6 et la distance entre cette optique et la fibre, un faisceau lumineux transmis par cette fibre peut être focalisé en un point A, dont la position dépend desdits paramètres, pour des détections d'objets par exemple ou des mesures de réf lectivi té, ou être transformé par
L'optique en un faisceau parallèle. Dans ce cas, l'utilisation d'un miroir de position et de forme appropriées permet de renvoyer ce faisceau dans la fibre par L'intermédiaire de l'optique, ce qui permet d'utiliser ce capteur pour la mesure du pouvoir absorbant de solutions liquides par exemple.Depending on the values of the parameters that constitute the curvature of the face 22 of the optic 6 and the distance between this optic and the fiber, a light beam transmitted by this fiber can be focused at a point A, the position of which depends on said parameters. , for object detections for example or ref lectivity measures, or be transformed by
Optics in a parallel beam. In this case, the use of a mirror of appropriate position and shape makes it possible to return this beam into the fiber through the intermediary of the optics, which makes it possible to use this sensor for measuring the absorbency of solutions. liquids for example.
Bien entendu, lorsqu'une surface réfLéchissante est prévue pour passer par le point A, le faisceau focalisé en ce point A retourne dans la fibre. Of course, when a reflecting surface is provided to pass through point A, the beam focused at this point A returns to the fiber.
De plus, afin de faciliter le positionnement de la fibre par rapport à l'optique 6, l'extrémité de la fibre peut être mise en contact avec la face 24 de l'optique mais dans ce cas, l'épaisseur de l'optique est ajustée lors de son usinage, afin d'avoir une focalisation au point A. In addition, in order to facilitate the positioning of the fiber relative to the optic 6, the end of the fiber can be brought into contact with the face 24 of the optic but in this case, the thickness of the optic is adjusted during its machining, in order to have a focus at point A.
A titre purement indicatif et nullement Limitatif, le tube 4 est calibré et a un diamètre intérieur de moins d'un millimètre (par exemple un diamètre intérieur de l'ordre de 0,5 à 0,8mm pour une fibre de diamètre extérieur de 300 à 500 microns avec sa gaine optique) et un diamètre extérieur de l'ordre de 3mm, l'armature 8 a un diamètre extérieur maximum de L'ordre de 6 millimètres, et L'optique 6 a une épaisseur de l'ordre de 3mm et se trouve à environ 20mm du miroir 10, la longueur totale du capteur (du miroir 10 à la pièce 14) étant de 100mm environ. As a purely indicative and in no way limiting, the tube 4 is calibrated and has an inside diameter of less than one millimeter (for example an inside diameter of the order of 0.5 to 0.8 mm for a fiber with an outside diameter of 300 at 500 microns with its optical sheath) and an outside diameter of around 3mm, the armature 8 has a maximum outside diameter of around 6 millimeters, and The optic 6 has a thickness of around 3mm and is approximately 20mm from mirror 10, the total length of the sensor (from mirror 10 to part 14) being approximately 100mm.
Il est possible de remplacer ta fibre 2 par deux fibres optiques, ou plus, dont des extrémités respectives sont placées dans le tube 4 de diamètre intérieur approprié, en regard de
L'optique 6, et sont, dans le tube, collées de façon étanche les unes aux autres ainsi qu'au pourtour interne dudit tube.It is possible to replace your fiber 2 by two or more optical fibers, the respective ends of which are placed in the tube 4 of appropriate internal diameter, opposite
The optics 6, and are, in the tube, stuck tightly to each other as well as to the internal periphery of said tube.
Sur la figure 4, on a représenté schématiquement un dispositif de détection optique utilisant le capteur schématiquement représenté sur la figure 1. Outre la fibre optique 2, terminée par ledit capteur 34 qui est par exemple destine à être plongé dans un liquide 36 pour mesurer une propriété de celui-ci (par exemple son pouvoir absorbant), le dispositif représenté sur la figure 4 comprend une source
Lumineuse 38 telle qu'une diode laser ou une diode électro- luminescente alimentée par des moyens non représentés, une autre fibre optique 40 prévue pour transmettre la Lumière produite par
La source 38, une optique 42 prévue pour transformer la lumière transmise par La fibre 40 en un faisceau paralLèle, un moyen séparateur 44, tel qu'un cube séparateur, prévu pour transmettre une partie de la Lumière issue de l'optique 42 à un moyen de détection de Lumière 46, par L'intermédiaire d'une optique 48, ce moyen 46 correspondant à une voie de référence, et pour transmettre une autre partie de la lumière issue de l'optique 42 à la fibre optique 2, par l'intermédiaire d'une optique 50.In Figure 4, there is shown schematically an optical detection device using the sensor schematically shown in Figure 1. In addition to the optical fiber 2, terminated by said sensor 34 which is for example intended to be immersed in a liquid 36 to measure a property of it (for example its absorbency), the device shown in Figure 4 includes a source
Luminous 38 such as a laser diode or a light-emitting diode supplied by means not shown, another optical fiber 40 provided for transmitting the Light produced by
The source 38, an optic 42 provided for transforming the light transmitted by the fiber 40 into a parallel beam, a separating means 44, such as a separating cube, designed to transmit part of the Light coming from the optic 42 to a Light detection means 46, via an optic 48, this means 46 corresponding to a reference channel, and for transmitting another part of the light coming from optics 42 to the optical fiber 2, by the '' through an optic 50.
La lumière issue de cette optique 50 est ainsi injectée dans la fibre 2, passe dans le liquide 36, par l'intermédiaire de
L'optique 6, puis se réfléchit sur le miroir 10 et repasse dans la fibre 2 par l'intermédiaire de L'optique 6.The light from this optic 50 is thus injected into the fiber 2, passes into the liquid 36, via
The optic 6, then is reflected on the mirror 10 and passes back into the fiber 2 via the optic 6.
Après avoir traversé à nouveau L'optique 50, cette lumière est, au moins en partie, réfléchie par le cube séparateur et converge, grace à une optique 52, vers un autre moyen de détection de lumière 54 que comporte le dispositif et qui correspond à une voie de mesure. After having again passed through the optic 50, this light is, at least in part, reflected by the separating cube and converges, thanks to an optic 52, to another means of light detection 54 which the device comprises and which corresponds to a measurement channel.
Sur la figure 5, on a représenté schématiquement un autre dispositif de détection optique utilisant le capteur schématiquement représenté sur la figure 1 et référencé 34 sur la figure 4. Cet autre dispositif diffère essentiellement de celui qui est représenté sur cette figure 4 par le fait qu'il comprend non pas un cube séparateur mais un coupleur optique en X à fibres monobrins. In Figure 5, there is shown schematically another optical detection device using the sensor schematically shown in Figure 1 and referenced 34 in Figure 4. This other device differs essentially from that which is shown in this Figure 4 by the fact that 'It does not include a separator cube but an optical coupler in X with single-strand fibers.
Ce coupleur, qui comporte quatre branches Al, A2, A3 et
A4, peut être obtenu par soudage-étirage de deux fibres optiques correspondant aux branches AI et A2, la branche A3 formant finalement un tronc commun qui résulte du soudage-étirage au cours duquel les coeurs des deux fibres fusionnent en un seul coeur.This coupler, which has four branches A1, A2, A3 and
A4, can be obtained by welding-stretching two optical fibers corresponding to the branches AI and A2, the branch A3 finally forming a common core which results from the welding-stretching during which the hearts of the two fibers merge into a single heart.
La branche A4 peut ensuite être obtenue par soudageétirage d'une autre fibre optique et de la branche Al, de telle manière que cette branche A4 soit dans le prolongement de la branche A2. The branch A4 can then be obtained by stretch-welding of another optical fiber and of the branch Al, in such a way that this branch A4 is in the extension of the branch A2.
La branche A3 correspond à la fibre 2 des figures précédentes et son extrémité Libre est terminée par le capteur 34. The branch A3 corresponds to the fiber 2 of the preceding figures and its free end is terminated by the sensor 34.
Les extrémités libres des branches Al, A2 et A4 sont respectivement terminées par une source de Lumière 39 telle qu'une diode laser commandée par des moyens non représentés, un moyen de détection de lumière 55 et un autre moyen de détection de lumière 47 (respectivement homologues de la source 38, du moyen 54 et du moyen 46 de la figure 4). The free ends of the branches A1, A2 and A4 are respectively terminated by a light source 39 such as a laser diode controlled by means not shown, a light detection means 55 and another light detection means 47 (respectively counterparts of the source 38, of the means 54 and of the means 46 of FIG. 4).
La lumière émise par la source 39 se propage dans la branche AI puis, en partie, dans la branche A3, retourne dans cette dernière après avoir interagi avec le liquide 36, et passe dans la branche A2 à L'extrémité de laquelle elle est détectée par le moyen 55 (correspondant à une voie de mesure). The light emitted by the source 39 propagates in the branch AI then, in part, in the branch A3, returns to the latter after having interacted with the liquid 36, and passes into the branch A2 at the end of which it is detected by means 55 (corresponding to a measurement channel).
Une partie de la lumière émise par la source 39 se propage également dans la branche A4 à l'extrémité de laquelle elle est détectée par le moyen 47 (correspondant à une voie de reference). Part of the light emitted by the source 39 also propagates in the branch A4 at the end of which it is detected by the means 47 (corresponding to a reference channel).
Avantageusement, le coupleur est "asymétrique", en ce sens que Les coeurs des fibres optiques dont il est fait n'ont pas tous le même diamètre mais ont des diamètres choisis de manière à optimiser Les valeurs des puissances lumineuses relatives aux différentes branches. Advantageously, the coupler is "asymmetrical", in the sense that the cores of the optical fibers of which it is made do not all have the same diameter but have diameters chosen so as to optimize the values of the light powers relating to the different branches.
A titre purement indicatif et nullement limitatif, les diamètres respectifs des coeurs des branches Al, A2, A3, et A4 sont respectivement égaux à 100 microns, 200 microns, 200 microns et 50 microns. As a purely indicative and in no way limitative, the respective diameters of the hearts of the branches Al, A2, A3, and A4 are respectively equal to 100 microns, 200 microns, 200 microns and 50 microns.
Dans le capteur décrit en référence aux figures 1 à 5, la fibre optique utilisée n'est jamais en contact avec le fluide dont on veut mesurer certaines propriétés. In the sensor described with reference to FIGS. 1 to 5, the optical fiber used is never in contact with the fluid of which certain properties are to be measured.
Sur la figure 6, on a représenté schématiquement et partiellement un autre mode de réalisation particulier du capteur objet de l'invention, qui est utilisable lorsque la fibre et son éventuel revêtement doivent être en contact avec un fluide tel qu'un liquide 56 dont on souhaite mesurer certaines des propriétés. In Figure 6, there is shown schematically and partially another particular embodiment of the sensor object of the invention, which can be used when the fiber and its possible coating must be in contact with a fluid such as a liquid 56 which wants to measure some of the properties.
A cet effet, la structure générale du capteur représenté sur la figure 6 est identique à la structure du capteur représenté sur la figure 1 mais le tube 4 est percé d'ouvertures 58 éventuellement fermées par des membranes 60 qui sont par exemple des membranes de cellulose, ou autre matériau perméable, collées par leurs pourtours aux bords des ouvertures 58 au moyen d'une colle époxy. De telles membranes sont utilisables lorsque la fibre 2 est munie d'un réactif 66 destiné à interagir avec le liquide, afin de limiter cette interaction à l'espace compris entre la fibre et l'optique 6. For this purpose, the general structure of the sensor shown in Figure 6 is identical to the structure of the sensor shown in Figure 1 but the tube 4 is pierced with openings 58 possibly closed by membranes 60 which are for example cellulose membranes , or other permeable material, bonded by their edges to the edges of the openings 58 by means of an epoxy adhesive. Such membranes can be used when the fiber 2 is provided with a reagent 66 intended to interact with the liquid, in order to limit this interaction to the space between the fiber and the optics 6.
Comme on Le voit sur la figure 6, un tel réactif peut être disposé sur le pourtour de La fibre. Plus précisément, on utilise par exemple une fibre dont la gaine optique 62 est en silicone ou en matière plastique et L'on enlève cette gaine 62 sur une certaine longueur à partir de l'extrémité de la fibre destinée à être en regard de l'optique 6, te coeur 64 de la fibre étant ainsi dénudé sur cette longueur. Le réactif 66 qui consiste par exemple en un indicateur de pH, est mélangé à une résine thermo-durcissable ou à une colle très Légèrement sensible, c'est-à-dire très légèrement perméable, au liquide 56 dans lequel doit être plongé le capteur. On utilise par exemple une colle cellulosique et le réactif est par exemple du méthyl orange ou du bleu de méthylène.On fait sécher le mélange de ce réactif et de la colle et la matière obtenue est collée sur le pourtour du coeur de la fibre, prive de gaine, en ménageant un espace annulaire 68 entre cette matière et la gaine restante. As seen in Figure 6, such a reagent can be disposed around the edge of the fiber. More specifically, a fiber is used, for example, the optical sheath 62 is made of silicone or plastic, and this sheath 62 is removed over a certain length from the end of the fiber intended to be opposite the optic 6, the core 64 of the fiber thus being stripped over this length. Reagent 66 which consists, for example of a pH indicator, is mixed with a thermosetting resin or with a glue which is very slightly sensitive, that is to say very slightly permeable, to the liquid 56 in which the sensor is to be immersed. . For example, a cellulose adhesive is used and the reagent is, for example, methyl orange or methylene blue. The mixture of this reagent and the adhesive is dried and the material obtained is bonded around the core of the fiber, deprives it sheath, providing an annular space 68 between this material and the remaining sheath.
Ainsi le réactif peut-il diffuser dans le liquide lorsque le capteur est plongé dans ce dernier. Il est alors possible de détecter une coloration du liquide au moyen d'un dispositif du genre de celui qui est représenté sur ta figure 4 ou sur la figure 5, la source 38 de ce dispositif étant prévue pour émettre une Lumière de longueur d'onde différente de celle qui correspond à cette coloration (la longueur d'onde correspondant à cette coloration étant supposée connue) et le moyen de détection 54 étant muni d'un filtre optique ne Laissant passer que la Lumière correspondant à ladite coloration. Thus the reagent can diffuse into the liquid when the sensor is immersed in the latter. It is then possible to detect a coloration of the liquid by means of a device of the type shown in FIG. 4 or in FIG. 5, the source 38 of this device being designed to emit light of wavelength. different from that which corresponds to this coloration (the wavelength corresponding to this coloration being assumed to be known) and the detection means 54 being provided with an optical filter which only lets through the light corresponding to said coloration.
Comme on L'a expliqué en référence à la figure 3, la fibre 2 représentée sur la figure 6 est coLlée de façon étanche au tube 4, par exemple au moyen d'une colle époxy disposée dans
L'espace anulaire 68. Afin de favoriser L'interaction du réactif avec le fluide 56, il est possible de prévoir des ouvertures 58 en regard de ladite matière, sur le pourtour du tube 4.As explained with reference to FIG. 3, the fiber 2 shown in FIG. 6 is bonded tightly to the tube 4, for example by means of an epoxy adhesive placed in
The annular space 68. In order to promote the interaction of the reagent with the fluid 56, it is possible to provide openings 58 facing said material, around the periphery of the tube 4.
En outre, dans une réalisation avantageuse, le miroir 10, relie à l'armature 8 par le support 12, est remplacé par une couche optiquement réflectrice 70, par exemple une couche d'aluminium, déposée sur la face convexe de L'optique 6. In addition, in an advantageous embodiment, the mirror 10, connected to the frame 8 by the support 12, is replaced by an optically reflective layer 70, for example a layer of aluminum, deposited on the convex face of the optic 6 .
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