FR2707754A1 - Structure embarquée sur véhicule spatial, ayant des capteurs dimensionnels intégrés. - Google Patents

Abstract

Une structure (1) par exemple embarquée sur un véhicule spatial comportant un capteur dimensionnel incluant au moins une fibre optique tendue dans le vide entre une première zone de fixation (1A) et une seconde zone de fixation (1B) solidaires de cette structure, cette fibre comportant une longueur sensible délimitée par deux points (6, 7) situés à proximité de ces zones de fixation, et l'une des extrémités de cette fibre étant adaptée à être connectée à une chaîne de mesure par interférométrie (6). La structure sert par exemple à maintenir l'un par rapport à l'autre deux éléments d'un instrument optique.

Description

L'invention concerne le contrôle dimensionnel d'une structure de précision pouvant, selon les cas, rester au sol ou au contraire être embarquée sur un véhicule, par exemple spatial, c'est-à-dire destinée à être dans un environnement spatial.

Le contrôle dimensionnel comprend ici
- la mesure de longueur (distances entre points d'un même ensemble), c'est-à-dire de cotes, et
- la mesure de variations de longueur par rapport à une longueur de référence éventuellement inconnue, ces variations regroupant les dérives dimensionnelles (lentes ou rapides) et les vibrations.

L'invention vise notamment le contrôle dimensionnel d'une structure faisant partie d'un instrument optique spatial tel qu'un télescope, mais se généralise à toute structure, spatiale ou non, pour laquelle on veut atteindre une détermination précise de ses éventuelles déformations lentes ou vibratoires vis à vis d'une géométrie de référence (que ce soit en service ou lors d'essais de qualification).

On désigne ici par structure de précision une structure servant à supporter et maintenir dans une position relative précise des composants le nécessitant (typiquement, dans le domaine spatial, des composants optiques tels que lentilles et miroirs ou encore des réflecteurs d'antennes ...). Ces structures de précision peuvent être passives (et le contrôle dimensionnel sert de moyen de vérification des performances de précision pendant les essais) ou actives, c' est-à-dire munies d'actionneurs de contrôle de forme, position relative, vibrations ... (et le contrôle dimensionnel sert de moyen de détection de la chaîne d'asservissement associée).

Ainsi qu'on le sait, les performances des instruments optiques embarqués dépendent - de la combinaison de composants optiques retenue (miroirs, lentilles ...), - de leurs caractéristiques géométriques (coefficients d'asphérisation, épaisseurs de verre et d'air ou de vide), - de la qualité de la réalisation des composants optiques et de l'intégration de leurs montures, au sein d'une structure rigide - de l'alignement des composants optiques sur leur structure de support, - de la stabilité dimensionnelle du positionnement de ces composants, et donc de leur structure de support.

La stabilité dimensionnelle assurant le positionnement des composants (à la fois en translation et en rotation) est fonction des capacités de la structure à supporter - les chocs pendant l'assemblage et les tests d'intégration au sol, - les vibrations et chocs au lancement, - les variations de pesanteur (pesanteur apparente nulle en orbite), - les microvibrations en vol, engendrées par les machines thermiques et les dispositifs de stabilisation de la plateforme (roues, coups de tuyères, enregistreurs...), - le rayonnement solaire, - le dessèchement des résines des matériaux constitutifs de la structure.

Les contraintes thermiques engendrent une "respiration" de la structure au rythme de l'exposition solaire et de la compensation thermique éventuelle. A plus long terme, le vieillissement, imputable au rayonnement solaire principalement, se traduit par une dérive lente des dimensions de la structure.

L'obtention d'un bon niveau de performances pour l'ensemble optique embarqué repose actuellement sur - un alignement soigné des composants au sol sur banc de mesure optique (calage réalisé en laboratoire à 300 K pour une structure thermostatée à 300 K en orbite, ou calculé pour obtenir les dimensions correctes en orbite à 50 K dans le cas d'un instrument optique à détecteurs infrarouge), - un contrôle thermique de la structure en vol, destiné à reproduire en orbite les conditions thermiques du calage réalisé en laboratoire, - un éventuel mécanisme de refocalisation (par translation de miroir ou lentille) télécommandable et actionné après analyse de la qualité des images transmises.

Dans un proche avenir, les exigences de précision des instruments optiques impliqueront nécessairement un contrôle dimensionnel actif des structures en orbite.

L'invention propose à cet effet une détection des déformations par fibres optiques.

On distingue classiquement deux types de capteurs à fibres optiques : le type extrinsèque (la fibre transmet l'information) et le type intrinsèque (la fibre détecte et transmet l'information). Ce dernier type de capteurs est utilise en particulier pour détecter température et allongement au sein des matériaux dits sensibles (c'est-à-dire incluant des capteurs) ou intelligents (clest-à-dire incluant des capteurs et des actionneurs de correction).

Un exemple de capteur extrinsèque de température est donné dans le document FR-2.595.820.

Des capteurs intrinsèques d'allongement transposent aux fibres optiques des principes d'interférométrie bien connus (interféromètres de MACH-ZEHNDER et de MICHELSON). Une première fibre sert de référence de longueur et une seconde est soumise aux allongements. L'inconvénient d'avoir deux fibres disparaît avec les capteurs à fibre biréfringente (unique).

Mais ces derniers sont sensibles à la température et aux allongements sur toute la longueur de la fibre (y compris celle permettant d'acheminer l'information jusqu 'a l'optoélectronique de traitement). Ce problème a été résolu en couplant (par diverses méthodes) les deux axes de propagation de la fibre biréfringente à partir d'un point précis, dit point de couplage, délimitant la portion de fibre où l'allongement est mesuré.

Si la détection des vibrations ne pose aucun problème (car les variations de température sont généralement lentes comparées aux vibrations), il n'en est pas de même de la mesure des déformations quasi-statiques qui, elles, restent couplées aux variations de température. Ce problème a été résolu en interrogeant la fibre successivement avec une onde polarisée rectilignement et une onde polarisée circulairement. On obtient alors un système linéaire de deux équations de mesure inde pendantes à deux inconnues (allongement, température) accessibles en résolvant le système. Des précisions peuvent être trouvées dans - le document FR-2.657.967 qui décrit un procédé de réalisation d'un réseau de capteurs quasi-distribué dans une fibre optique multimodale (les capteurs sont délimités le long de la fibre par des points ou zones de couplage intermodal qui sont réalisé(e)s par insolation de la fibre optique au moyen dVun faisceau laser à travers un masque ayant une transmission spatiale périodique accordée sur la différence des constantes de propagation des deux modes à coupler - le document FR-2.673.022 qui décrit un récepteur de démultiplexage parallèle pour un réseau de capteurs optiques à codage de modulation spectrale - le document FR-2.673.023 qui décrit un récepteur de démultiplexage séquentiel pour un réseau de capteurs optiques à codage de modulation spectrale.

D'autres informations peuvent être trouvées dans "Fibre Optic Technique for Simultaneous Measurement of Strain and Temperature Variations in Composite Materials", de
MICHIE, CULSHAW, ROBERTS et DAVIDSON, pp. 342-355, SPIE Vol 1588 Fiber Optic Smart Structures and Skins IV (1991). Il y est présenté une analyse comparative des performances (mesures simultanées de variations de température et de déformations) de capteurs à fibres noyées ou non.

En résumé, pour mesurer des vibrations, une manière consiste à faire interférer les deux modes de propagation d'une fibre biréfringente à maintien de polarisation, soumise aux allongements induits par les vibrations.

Une technique de marquage de la fibre permet de délimiter la zone sensible à l'allongement (appelée "longueur utile"), le reste de la fibre ne servant qu'a la transmission de l'information. Dans ce cas, la fréquence du signal recueilli permet d'avoir accès aux variations de longueur de la zone sensible tout en s'affranchissant des de rives lentes dues aux variations de température. Si l'on souhaite mesurer des variations lentes de longueur en ambiance thermique variable, il faut en plus faire interférer deux modes de polarisation (rectiligne et circulaire) pour découpler les effets dûs aux allongements et aux variations de température.

Les fibres optiques servant de capteurs dimensionnels sont généralement soit noyées dans des éléments de structure, soit supportées et liées sur toute leur longueur à un tel élément de structure. Cela amène en principe à procéder au contrôle dimensionnel individuel d'éléments constitutifs de la structure considérée.

C'est l'implantation des fibres optiques servant de capteurs dimensionnels sur une structure de précision que concerne l'invention, indépendamment du reste de la chaine de mesure globale à laquelle appartiennent ces capteurs.

L'invention a ainsi pour objet une structure destinée à être embarquée sur un véhicule spatial et qui comporte des capteurs dimensionnels implantés selon une disposition propre à permettre, de façon fiable et simple, des mesures de dimensions quelconques (c'est-à-dire des dimensions entre des zones librement choisies sur un ou plusieurs élément(s) constitutif(s) de la structure) avec une grande précision (typiquement de l'ordre de quelques microns sur une longueur de plusieurs centimètres, voire plusieurs mètres), qu'il s'agisse de mesurer des dérives dimensionnelles lentes ou des vibrations, ces capteurs étant peu encombrants, ne conduisant à aucune pollution notamment vibratoire ou lumineuse, et étant faciles à mettre en place, cette mise en place pouvant se faire à la fin de l'assemblage de la structure.

L'invention enseigne pour ce faire d'utiliser de simples fibres optiques tendues (au moins au moment des mesures) directement dans le vide entre les points dont on veut surveiller les éventuels déplacements relatifs.

Il est à noter que les fibres optiques sont en pratique de très faible section (typiquement d'un diamètre de l'ordre de 200 microns) de sorte que leur encombrement est négligeable ; il en est de même pour leur masse.

Les dimensions des fibres (diamètre extérieur 80 à 400 pm, diamètre du coeur 5 à 200 pm selon les longueurs d'ondes utilisées, revêtement de 5 à 10 pm d'épaisseur s'il y a lieu) leur confèrent des propriétés particulières. Pour un coeur de 50 pm, une fibre présente environ 2000 modes de propagation. Elle devient monomode pour un coeur de 10 pm de diamètre. Un mode de propagation est une répartition spatiale d'énergie lumineuse dans le plan normal à l'axe de propagation de la fibre (solution des équations de propagation = fonctions de BESSEL).

Les fibres optiques ont en pratique une faible élasticité (typiquement un allongement relatif de l'ordre de 4% est permis) de sorte que l'amplitude maximale crête à crête des variations de longueur susceptibles d'être mesurées doit rester de cet ordre. Cela n'est toutefois pas très gênant en pratique puisque les structures dont on veut contrôler la géométrie sont généralement rigides (avec donc de très faibles possibilités de déformation) et puisque, les fibres étant ténues dans l'air ou le vide, elles ne risquent pas de subir des vibrations de grande amplitude (dans l'air, l'énergie d'excitation est proportionnelle à la surface exposée à la pression acoustique donc négligeable et l'amortissement aérodynamique suffit à évacuer l'énergie de vibration), il faut préciser ici que l'absence d'air qui, on vient de le voir, réduit les risques de vibration, a par contre pour inconvénient a priori d'empêcher tout échange thermique par convection ; mais cela n'est pas génant lorsque les fibres sont dans un environnement thermiquement stabili sé, comme c'est le cas par exemple au sein d'un cryostat sous vide contenant un détecteur infrarouge. Dans le vide, même en environnement non stabilisé en température, un équilibre s'établit pour la fibre qui peut rester opérationnelle dans une plage de température allant de 20 K jusqu'à 800 K (détruite à 11000C par dévitrification), sous réserve de vérifier (par calcul des dilatations différentielles entre fibre et structure) que la fibre reste tendue sur toute la plage de température. Si la température est variable et génante (dérives lentes à mesurer), le découplage des effets de température est indispensable.

Il apparaît ainsi que malgré leur finesse les fibres ont des propriétés mécaniques suffisantes pour permettre, de façon durable dans le temps (peu de risques de détérioration) des mesures globales mais précises, ces mesures globales pouvant concerner aussi bien des dérives lentes que des vibrations locales jusqu'à des fréquences élevées.

Ces fibres optiques permettent des mesures optiques des variations des dimensions considérées, mais il est important de noter qu'il n'en découle aucune pollution lumineuse, même au sein d'un instrument optique, puisque la lumière ne sort pas des fibres. Il n'y a pas non plus d'autres sortes de pollution (vibrations, électromagnétisme, etc...). Réciproquement, l'environnement lumineux (dans un télescope) ou électromagnétique (au voisinage d'antennes par exemple) ne perturbe pas les mesures.

Plus précisément, l'invention propose une structure embarquée sur un vehicule spatial comportant un capteur dimensionnel incluant au moins une fibre optique tendue dans le vide entre une première zone de fixation et une seconde zone de fixation solidaires de cette structure, cette fibre comportant une longueur sensible délimitée par deux points situés à proximité de ces zones de fixation, et l'une des extrémités de cette fibre étant adaptée à être connectée à une chaîne de mesure par interférométrie.

Selon des caractéristiques préférées de l'invention, éventuellement combinées - cette fibre est biréfringente, - l'un au moins des points est un point de couplage obtenu par insolation, - l'un des points est constitué par une extrémité libre polie, - la structure comporte deux éléments qui sont parallèles et transversaux à un axe de référence, et ce capteur dimensionnel inclut une pluralité de fibres optiques distribuées angulairement autour de cet axe, chaque fibre étant tendue entre une zone de fixation solidaire de l'un des éléments et une zone de fixation solidaire de l'autre élément, - les zones de fixation solidaires de l'un des éléments sont situées sur une première pièce annulaire perpendiculaire à, et centrée sur, l'axe optique, et les zones de fixation solidaires de l'autre des éléments sont situées sur une seconde pièce annulaire perpendiculaire à, et centrée sur, l'axe optique, - ces pièces annulaires peuvent, selon les besoins, avoir des diamètres différents ou des diamètres égaux, - certaines au moins des fibres sont coplanaires à l'axe, - en variante, au moins l'une des fibres a, par rapport a l'axe optique, une configuration différente d'au moins une autre fibre, - les zones de fixation solidaires de l'autre des éléments sont, vis à vis des zones de fixation de ces fibres solidaires du premier des éléments, décalées angulairement dans un premier sens autour de l'axe de référence pour un premier sous-groupe de fibres, et, pour un second sous-groupe de fibres, décalées angulairement dans un sens opposé, - le décalage angulaire entre les zones de fixation solidaires de l'un et de l'autre des éléments est le même en valeur absolue pour chacune des fibres, - ce décalage vaut 600 en valeur absolue, - en chaque zone de fixation solidaire de l'un des éléments sont fixées deux fibres s'étendant jusqu a deux zones de fixation distinctes solidaires de l'autre élément, et réciproquement, - les fibres sont au moins au nombre de six, - les fibres font partie d'une seule et même fibre comportant plusieurs portions tendues alternant avec des portions courbes, - les éléments font partie d'un instrument optique, - l'un des éléments est solidaire d'une fenêtre d'entrée d'un ensemble de détection, et l'autre élément est un détecteur, - cet ensemble de détection comporte un cryostat sous vide dont l'une, plane, des parois constitue le premier élément et le détecteur est un détecteur infrarouge, dans cette enceinte étant prévues des sources de froid, - le détecteur est porté par une monture transversale à l'axe, rigidement liée à ladite paroi plane par trois entretoises axiales réparties angulairement autour de l'axe, les fibres étant disposées radialement à l'extérieur du cylindre géométrique dont font partie ces entretoises, - le capteur dimensionnel comporte six fibres telles que chaque zone de fixation solidaire du premier des éléments est en regard radialement d'une entretoise et deux fibres y sont fixées en s'étendant vers deux zones distinctes de fixation solidaires de l'autre élément, et chaque zone de fixation solidaire de cet autre élément est située circonférentielle ment entre deux entretoises et deux fibres y sont fixées en s'étendant vers deux zones distinctes de fixation solidaires du premier élément.

Des objets, caractéristiques et avantages de l'invention ressortent de la description qui suit, donnée à titre d'exemple non limitatif, en regard des dessins annexés sur lesquels
- la figure 1 est une vue de principe d'une structure rigide conforme à l'invention,
- la figure 2 est une vue en coupe axiale d'une structure de support d'un détecteur IR de télescope spatial, les capteurs dimensionnels étant omis,
- la figure 3 est un diagramme représentant les repères géométriques servant à caractériser les positions des extrémités d'une fibre,
- la figure 4 est une vue en perspective de deux bagues coaxiales faisant partie de cette structure, et entre lesquelles six fibres optiques sont tendues,
- la figure 5 est une vue de détail du support et d'une fibre optique qui lui est fixée,
- la figure 6 est une vue de détail de la monture de détecteur et d'une fibre optique qui lui est fixée,
- la figure 7 est une vue similaire à celle de la figure 5, mais s'en distinguant par la présence sur la fibre d'un dispositif d'amortissement,
- la figure 8 est une vue schématique en perspective, similaire à celle de la figure 4, montrant une première variante d'implantation des fibres optiques entre support et monture,
- la figure 9 est une vue schématique en perspective d'une seconde variante,
- la figure 10 est une vue schématique d'une chaîne de mesure comportant l'une des fibres optiques de la figure 4,
- la figure 11 est une vue schématique d'une autre chaîne de mesure comportant cette fibre, et
- la figure 12 est une variante de réalisation de l'ensemble de la figure 4 avec une seule fibre à plusieurs zones sensibles.

La figure 1 représente une structure rigide 1, ici formée de trois éléments 2, 3 et 4 rigidement liés entre eux (mais il pourrait s'agir d'une unique pièce monobloc).

Une fibre optique 5 est tendue entre deux zones 1A et 1B de la structure rigide ; ces deux zones sont avantageusement arrondies (pour éviter qu'une arête vive risque de générer une concentration excessive de contraintes dans la fibre) et la fibre 5 leur est fixée par tout moyen approprié, par collage par exemple.

Ainsi qu'on l'a vu on sait déterminer par interférométrie la longueur d'une portion de référence de la fibre.

La fibre est de préférence biréfringente et cette portion de référence est obtenue en laboratoire par marquage de la fibre (par tout moyen connu approprié, par insolation par exemple) en deux points 6 et 7 (visualisés sur la figure 1 par un rétrécissement qui n'est que fictif) qui réalisent un couplage de ses axes de biréfringence. La longueur de verre (éventuellement courbe, ici rectiligne) entre ces deux points peut ainsi être déterminée très précisément.

Selon l'invention, on évalue les dimensions globales de la structure 1 soumise à des exigences de précision (plutôt que d'en contrôler chacun des éléments ou matériaux constituants 2, 3 ou 4, ou plutôt que d'en mesurer plusieurs côtés matériels) puisque la fibre est simplement tendue et raccordée à la structure en des zones dont la distance est à évaluer.

L'élasticité de la fibre est utilisée de manière à couvrir le domaine de variation de la dimension à évaluer.

L'allongement relatif utile d'une fibre optique en verre est généralement de l'ordre de 4 % (domaine des déformations élastiques du verre utilisé pour ces fibres). Les fibres subissent en effet un test d'allongement relatif de 4 % avant commercialisation. La rupture apparaît aux environs de 5 %.

La fibre peut donc être utilisée entre 0 et 4 % d'allongement. En fait puisque la fibre est tendue, elle a un allongement nominal non nul ; d'autre part, les mesures en service ne sont possibles que tant que la fibre reste tendue, y compris en cas de fluctuation négative de longueur. C'est pourquoi on choisit impérativement une valeur d'allongement nominal de la fibre telle que sa limite élastique ne puisse être atteinte au cours des fluctuations prévisibles de la dimension à surveiller. Dans la mesure du possible, on s'arrange pour que la fibre reste tendue sur toute la plage des fluctuations de longueur. Si ces fluctuations peuvent a priori avoir des amplitudes similaires de part et d'autre de la valeur nominale de la dimension à contrôler, on peut par exemple choisir un allongement nominal de la fibre légèrement supérieur à la moitié de la plage de fluctuations. Cette plage de fluctuations (microvibrations) est ici de l'ordre de 100 pm pour 100 mm de longueur soit 0,1 %. On dispose donc d'une marge de manoeuvre importante pour choisir l'allongement relatif nominal de la fibre, à savoir ici de 0,05 % à 3,95 %. On peut aussi utiliser avantageusement cette marge pour introduire d'autres contraintes d'installation : les vibrations propres de la fibre tendue risquent de perturber les mesures si elles sont dans la bande de fréquences (0 à 250 Hz) de l'excitation et ses premiers harmoniques. On va donc augmenter la première fréquence propre de la fibre jusqu'à 2000 Hz pour l'éloigner de la bande des fréquences utiles. Ceci conduit à un allongement relatif moyen de 0,5 % à la température de fonctionnement de 50 K et à une tension mécanique de la fibre de l'ordre de 5 N.

Au montage, l'extrémité libre de la fibre est fixée à la structure (par collage ou autre procédé), à l'une des bornes de l'intervalle à mesurer. Après quoi, la fibre est tendue pour obtenir 0,5 % d'allongement à la température moyenne d'utilisation de la structure et liée (en extension) à l'autre borne de l'intervalle à mesurer. Cet allongement peut être mesuré très précisément à l'aide de la fibre ellemême grâce à la longueur de référence (ou longueur utile) marquée hors extension.

En ambiance vibratoire, un dispositif amortissant les vibrations transversales de la fibre elle-même peut être envisagé (matériau élastique absorbant, appliqué sur une extrémité de la fibre ; cela sera précisé à propos de la figure 7).

Un certain état de la structure peut être choisi comme référence dimensionnelle (état en laboratoire par exemple).

Soit 1 la valeur de la dimension à contrôler et m la mesure nominale de longueur de la portion de référence correspondante (entre 1A et 1B), délivrée par le capteur à fibre optique, et soit dl et dm les variations de longueur correspondantes observées en service suite aux déformations de la structure.

Il vient immédiatement
ai = arn
m
La tension de la fibre n'intervient ni dans la valeur mesurée ni dans la précision de la mesure. En revanche, elle détermine l'intervalle de mesure puisque celle-ci n'a de signification que si la fibre est rectiligne donc tendue. Il faut remarquer qu'en cas de saturation (fibre détendue), si la mesure est utilisée en contrôle, le sens de la correction à apporter reste connu.

Comme le montre la formule ci-dessus, la précision de la mesure calculée ôl est d'autant plus grande que m est grand donc voisin de 1 (m ne peut être supérieur à 1). La précision dépend également du soin apporté à la détermination du coefficient I/m.

Les points de couplage 6 et 7 ont été, pour des raisons de lisibilité, représentés dans la partie librement tendue de la fibre. En pratique, on cherche toutefois à avoir une zone sensible de longueur égale ou supérieure à la dimension à évaluer et située au plus près (comme pour faire une mesure de longueur avec un mètre à ruban). Cette possibilité est l'un des avantages du capteur à fibre optique par rapport à la jauge de contrainte. En effet, la mesure obtenue à partir d'une jauge de contrainte est l'extrapolation d'une détection pontuelle d'allongement impliquant donc une erreur importante. La fibre peut au contraire détecter un allongement global.

Si l'allongement au niveau des zones de fixation peut être négligé, les points de couplage peuvent être compris dans les zones de fixation sans introduire d'erreur de mesure notable. La longueur sensible peut ne comporter qu'un seul point de couplage 6 et l'extrémité 5B.

Si les zones de collage peuvent se déformer de manière non négligeable devant la variation de L, il faut réduire la zone sensible et donc utiliser deux points de couplage. L'extrémité ne peut plus être utilisée comme limite de zone sensible.

Dans tous les cas, la variation de L se répercute intégralement sur la longueur sensible, donc sur la mesure.

Par conséquent, le coefficient d'extrapolation entre les variations de L et de la longueur sensible vaut 1 et ne peut être supérieur à 1.

Lorsqu'on installe la zone sensible comme à la figure 1, il faut alors calibrer le capteur une fois installé pour établir la relation entre la variation de L et la variation de la mesure (coefficient 1/m nécessairement inférieur à 1 et inconnu). Ce n'est pas avantageux car on est ramené à un problème d'extrapolation des mesures (différent toutefois de celui rencontré avec les jauges de contraintes puisqu'on est sûr dans ce cas de la proportionnalité entre la variation de longueur de la zone sensible et la variation de
L).

La fibre 5 est connectée en au moins une de ses extrémités 5A ou 5B à une chaîne de mesure 6 de tout type connu approprié qui, ne faisant pas partie en soi de l'invention, ne sera pas détaillée ici.

La figure 2 montre un exemple de structure conforme à l'invention au sein d'un instrument optique : il s'agit de l'ensemble de détection infrarouge 10 d'un télescope spatial.

Cet ensemble 10 comporte une enceinte sous vide 11 en pratique cylindrique, à l'intérieur de laquelle une température de l'ordre de 50 K, adaptée au bon fonctionnement d'un détecteur infrarouge 12 (par exemple de type CCD), est maintenue par des doigts froids 13A et 13B de tout type connu approprié, connectés à des sources de froid 14A et 14B disposées à l'extérieur de l'enceinte (compte tenu de la basse température qui y règne, cette enceinte sous vide est appelée cryostat sous vide). Il est à noter ici que les sources de froid 14A et 14B constituent en pratique des sources de vibrations.

Cette enceinte comporte une pièce de référence 15, ici plane, dans le milieu de laquelle est prévue une fenêtre 16, par exemple en germanium, perméable au rayonnement infrarouge à détecter. L'une des faces de cette pièce 15 constitue une surface de référence P.

Cette surface de référence est ici supposée être dans une position et une orientation bien précise vis à vis d'une optique située en amont (c'est-à-dire à gauche à la figure 2) déterminant un axe optique X-X traversant la fenêtre 16 et un plan focal P' situé à la distance 1 du plan
P.

Le détecteur infrarouge 12 a un plan de détection maintenu dans ce plan focal par une structure de support intégrant cette pièce de référence 15, une monture 17 de laquelle est solidaire le détecteur et qui est reliée aux doigts froids par des tresses de refroidissement 17A, ainsi qu'un dispositif d'entretoisement destiné à rigidifier la monture 17 vis à vis de la pièce de référence 15. Ce dispo sitif d'entretoisement comporte ici trois lames support rigides 18 décalées angulairement de 1200 autour de l'axe optique, à une distance suffisante de celui-ci pour ne pas gêner l'arrivée du rayonnement infrarouge vers le détecteur 12.

Des fils 19 connectent le détecteur 12 à des broches de sortie 20 adaptées à être connectées à une chaîne de traitement non représentée.

En avant du détecteur est généralement prévu un baffle d'isolement 12A servant à isoler le détecteur du rayonnement infrarouge émis par les surfaces internes de la structure du cryostat), ouvert vers la fenêtre 16 et centré sur l'axe X-X, comportant successivement une pupille collimatrice 12B puis un filtre 12C. Le détecteur 12 et les composants précités sont en pratique portés par un même support 12D solidaire de la monture 17.

L'ensemble est étudié de toute manière connue appropriée (non précisée ici comme ne faisant pas partie de l'invention) pour minimiser la conduction thermique entre la face avant P du cryostat aux environs de 300 K et le détecteur à 50 K.

On cherche, pour atteindre un bon niveau de performances de l'ensemble de l'instrument optique, à caractériser les vi plus précisément possible ; quant à la coupelle 22 elle est assujettie à la monture 17 sur sa face arrière (c'est-à-dire à l'oppose du plan des détecteurs) en étant également précisément centrée sur l'axe X-X.

La bague 22 a, compte tenu de ce qui précède, un diamètre plus petit que la bague 21.

Le détecteur est a priori susceptible de subir des vibrations suivant six degrés de liberté (trois translations et trois rotations).

Pour caractériser ces vibrations, diverses fibres sont tendues entre les bagues.

La figure 3 est une représentation géométrique d'une fibre F tendue entre un point A d'un cercle de référence de diamètre D et un point B d'un cercle de référence de plus petit diamètre d. Ces cercles schématisent les bagues 21 et 22. En variante non représentée, ces cercles peuvent correspondre à des lentilles voire des miroirs.

Ces cercles sont coaxiaux et parallèles et leurs centres sont séparés d'une distance L.

On notera que plus les points A et B sont loin de l'axe, meilleure sera la caractérisation des éventuelles rotations autour des centres.

On s'intéresse aux mouvements (infimes) du petit cercle par rapport au grand cercle.

L'origine A de la fibre est déterminée par
R = D/2 et l'angle a, et l'extrémité B par r = d/2 et l'angle ss. Hors déformations, il vient

Les déformations de la structure support sont supposées très petites. Dans le repère de référence, elles se traduisent globalement par une micro-translation [T] de composantes x, y, z, et une micro-rotation [8] de composantes (box, 8y, Oz) du deuxième élément. L'extrémité B de la fibre se trouve déplacée et vient en B' tel que

En pratique, pour un télescope, les microrotations relatives des cercles autour de l'axe optique sont sans effet sur les performances de l'instrument. Cependant, le problème est traité ici dans sa globalité.

L'allongement très petit 61 de la fibre, consécutif au déplacement du deuxième élément, peut être approché par

Le rapport des termes [AB]/iAB est invariant et propre à chaque fibre (vecteur unitaire porté par la fibre
AB). Le terme [BB'] est linéaire en x, y, z, 8x, By, Sz. Il suffit donc de disposer les fibres optiques judicieusement sur le pourtour des composants optiques afin d'établir, pour les six degrés de liberté, six équations indépendantes de ce type.

Bien sûr il faut des fibres en nombre au moins égal au nombre de degrés de liberté à contrôler (il peut y en avoir moins de six si l'on peut être certain que certains des six degrés de liberté de l'élément à contrôler sont bloqués).

En règle générale, il faut donc au moins six fibres.

En appelant Q la matrice des coefficients de chacune des équations d'allongement, M le vecteur des allongements mesurés (611, ... 616) et X le vecteur déplacements du miroir secondaire (x, y, z, Ox, Sy, Bz), il vient
X] = Q-l [M]
La matrice Q est fonction de la géométrie d'implantation des fibres sur la périphérie des composants optiques. Elle est inversée une fois pour toutes.

La figure 4 montre les bagues 21 et 22 auxquelles sont fixées six fibres optiques F1 à F6.

On appréciera que ces six fibres sont disposées en sorte de former conjointement une ligne brisée, fermée sur elle-même et reliant trois zones de la bague 21 à trois zones de la bague 22. Les zones de chaque bague sont décalées angulairement de 1200 et les zones d'une bague sont décalées de 600 vis à vis des zones de l'autre bague ; ces zones sont ainsi en quinconce.

Les entretoises 18 ne sont pas représentées sur cette figure 4, mais on comprend aisément que la disposition relative de ces entretoises et des fibres n'est pas critique.

A la figure 2 les zones de fixations des fibres sur la grande bague 21 sont en regard radialement des entretoises 18 tandis que les zones de fixation des fibres sur la petite bague 22 alternent avec ces entretoises. Ceci a l'intérêt de faciliter l'implantation des fibres vis à vis de la monture 17 du détecteur 12 malgré sa petite taille.

Les figures 5 et 6 montrent le détail de la fixation des fibres aux bagues 21 et 22.

Les fibres sont collées sur les bagues 21 et 22 en des zones ayant localement des rayons de courbure au moins égaux à 5 mm en vue d'éviter l'apparition dans les fibres des concentrations de contrainte pouvant conduire à la rupture.

Ainsi qu'il ressort de la figure 5, un passage étanche 25 est ménagé radialement dans la bague 21 après une zone évasée 2A, pour permettre la connection des fibres à une chaîne de mesure par interférométrie située à l'exté- rieur. Le fait que les six fibres se raccordent par paires en seulement trois zones de la bague 21 permet de faire passer deux fibres par passage, ce qui permet de n'avoir que trois passages étanches pour l'ensemble des six fibres.

De manière préférée, c'est à l'intérieur même du passage étanche 25 que les fibres sont collées, la colle participant à l'étanchéité. Du côté radialement externe est prévu un alésage 26 permettant la pénétration et le collage d'une gaine 27 protégeant les deux fibres sortant de l'en ceinte par le passage considéré.

La jonction des fibres à la petite bague 22 est représentée à la figure 6. Un perçage 28 est ménagé au travers de la monture 17 à une distance de l'axe égale au rayon maximum de la bague 22. Celle-ci est conformée en tronc de cône avec une conicité telle que sa surface extérieure soit localement sensiblement parallèle à la fibre ; chaque fibre traverse sans contact un perçage 28 et est collée sur la surface externe de la bague 22. Les perçages peuvent être circonférentiellement oblongs pour faciliter la traversée sans contact de deux fibres à la fois.

A titre d'exemple, la distance axiale L entre les bagues est de 100 mm et leurs rayons sont respectivement - diamètre intérieur D de la bague 21 : 90 mm - diamètre extérieur d de la bague 22 : 40 mm
La conicité de la bague 22 est de l'ordre de 100 (demi-angle au sommet).

Les fibres sont préparées en laboratoire, c'est à-dire coupées à la longueur désirée, polies aux extrémités et marquées pour délimiter une longueur sensible de 120 mm environ à l'extrémité de chacune d'elles.

Les six fibres sont ensuite installées en position correcte et leur extrémité est collée sur une longueur d'environ 1 cm sur la bague 22. Après séchage, les fibres sont tendues 2 à 2 successivement à chaque sortie de la bague 21. Pour ce faire, une tension mécanique de 5,3 N est appliquée à l'extrémité libre de chaque fibre à la température ambiante. En effet, lorsque la température diminue, la fibre se tend légèrement jusqu'à environ 190 K, puis se détend jusqu'à 50 K. Les lames support 17 en composite carbone-résine ne se rétractent pratiquement pas. Si bien que le bilan global du passage de 300 K à 50 K est une légère réduction de la tension des fibres de 0,3 N que l'on compense à température ambiante. Les fibres sont ensuite collées 2 à 2 successivement à chaque sortie. Puis les gaines de protection 27 sont enfilées et collées dans le logement prévu en sortie de la bague 21.

Il n'est pas necessaire de prévoir ici un dispositif d'amortissement des vibrations propres de la fibre car ces fréquences sont très élevées (f1 = 2000 Hz) et les amplitudes des vibrations propres (résultant d'excitations de faible amplitude) restent très faibles.

Mais dans le cas de longueurs à mesurer plus importantes, ces fréquences vont diminuer et les vibrations seront amorties en collant par exemple un petit morceau de gaine 29 (guipure) à l'une des extrémités de la fibre sur la partie détection (voir la figure 7).

Les fibres ont, dans l'exemple précité, les caractéristiques suivantes - module d'élasticité longitudinale E : 83 GPa - diamètre : 125 pm - longueur : 10 cm - matériau : verre - densité du matériau : 2.450 kg/m3
D'autres implantations sont possibles pour les fibres.

Deux exemples en sont donnés avec six fibres aux figures 8 et 9.

La figure 8 est une variante de la configuration de la figure 4, où les zones de fixation des fibres sont cette fois-ci spécifiques à chaque fibre, les fibres gardant toutefois la même configuration générale individuelle vis à vis de l'axe optique.

La figure 9 montre une autre implantation où toutes les fibres ont, vis à vis de l'axe optique, la même configuration individuelle. Plus précisément, chaque fibre est ici coplanaire avec l'axe et fait avec celui-ci un même angle d'inclinaison. On vérifie alors que l'on n'obtient pas six équations indépendantes permettant de caractériser les mouvements selon les six degrés de liberté ; c'est ainsi par exemple que l'on ne peut distinguer l'effet d'une micro translation selon l'axe optique de celui d'une micro rotation autour de cet axe. Toutefois, cette configuration peut suffire si l'on sait par exemple que par construction, il ne peut y avoir l'un de ces deux mouvements (le nombre de six fibres est alors redondant puisque l'on caractérise un nombre de degrés de liberté inférieur à six).

En règle générale pour contrôler n degrés de liberté il faut au moins n fibres dont l'une au moins présente vis à vis d'un axe de référence, une orientation différente de certaines au moins des autres fibres. Bien entendu il est envisageable pour ce faire que les zones de fixation des fibres soient à des distances différentes de l'axe.

Plusieurs principes interférométriques connus peuvent être utilisés, comme par exemple un interféromètre classique (Mach Zehnder) à deux fibres, dont l'une sert de référence et l'autre est la fibre de détection, montées en parallèle grâce à des coupleurs entre un émetteur et un récepteur.

L'émetteur est constitué d'une diode laser de longueur d'onde A0. Un coupleur (équivalent du miroir semiréfléchissant) permet d'envoyer l'onde lumineuse dans chaque bras de l'interféromètre en divisant l'amplitude.

La fibre de détection, allongée de AL, induit un retard de phase de l'onde lumineuse qui la traverse. Si n est l'indice de la fibre constituant les deux bras de l'interfé romètre, ce déphasage s'exprime par = = 2.R.n.AL/X0
Le détecteur est un photo-transistor qui transforme l'intensité lumineuse à la sortie de la fibre en signal électrique adapté au traitement numérique de restitution de l'allongement.

Un autre montage possible (interféromètre de
Michelson - voir la figure 10 -) utilise un seul coupleur X.

Il fait interférer les ondes réfléchies par l'extrémité polie de chaque fibre et double par conséquent le déphasage à évaluer. L'émetteur E et le récepteur R sont couplés à la fois à la fibre de détection F et à la fibre de référence Fo.

La fibre de détection est disposée sur l'une des longueurs à mesurer, la fibre de référence n'étant pas soumise à l'allongement.

Il est également possible d'utiliser une seule fibre biréfringente à maintien de polarisation. Dans ce cas, une onde lumineuse polarisée rectilignement est envoyée à 450 des axes de biréfringence de la fibre de telle sorte que la même énergie se propage sur chaque axe (axe lent et axe rapide). On fait interférer ces deux ondes polarisées en sortie de fibre. Le déphasage s'exprime par = = 2.E.(n2 - nl).L/X0
C'est dans ce cas la longueur totale de la fibre qui est mesurée et par conséquent l'allongement ou la vibration viennent moduler le déphasage entre les deux ondes.

Pour des questions d'intensité lumineuse intervenant au niveau de la visibilité des franges d'interférence, une lumière polychromatique peut être utilisée. Un spectre cannelé est alors obtenu, modulé par l'allongement ou la vibration.

Un couplage des deux modes de propagation par traitement local en un point de la fibre permet de limiter la zone de détection à seulement une portion de la fibre (séparant ainsi les fonctions de détection et de transmission de l'information assurée par la fibre). Toute contrainte ou variation de température hors de cette zone (sur la fibre de transmission par exemple) restera sans effet sur la mesure.

Dans ce cas, une onde polarisée est envoyée uniquement sur l'un des axes de propagation de la fibre. Le couplage dévie une partie de l'onde lumineuse vers l'autre axe, pour obtenir les interférences en sortie de fibre.

Dans la variante de la figure il, en polissant l'extrémité de la fibre, et en utilisant un coupleur Y agissant en retour, la même fibre sert à la fois en émission et en réception, l'émetteur E présentant en sortie un polariseur P et le récepteur R présentant en entrée un analyseur AY, la longueur sensible étant délimitée par un point de couplage 100 et l'extrémité libre polie.

C'est un principe intéressant pour cette application. La sensibilité, bien que réduite d'un facteur 1000 par rapport aux montages qui précèdent (puisqu'elle repose sur la différence d'indices n2-n1 selon l'axe lent et l'axe rapide de la fibre) est suffisante. En réduisant le nombre de franges à compter, elle se trouve en fait mieux adaptée à la précision requise. Celle-ci atteint ici 0,03 micron.

La longueur sensible des fibres est alors définie, dans le cas de la figure 2, entre un point de couplage ménagé dans la fibre collée sur la bague 21 et l'extrémité libre polie de la fibre collée sur la bague 22.

L'allongement de la fibre est par conséquent égal à la variation de distance entre les points de la structure portant les zones de collage. Cette variation se répercute intégralement sur la mesure (coefficient de proportionnalité égal à 1).

Ainsi que le visualise la figure 12, il est possible d'utiliser une seule fibre effectuant tout le parcours du schéma et comportant six longueurs sensibles distinctes. Un récepteur de démultiplexage permet alors de restituer les mesures. Une seule sortie est alors nécessaire.

En fait, les boucles des fibres sont préformées sur des pions de diamètre supérieur à 10 mm (rayon de courbure de la fibre supérieur à 5 mm) et maintenues en position par des points de colle 100 aux croisements des fibres. Les boucles peuvent ensuite être collées (sous tension mécanique) sur les bagues 21 et 22. Une seule fibre apparaît en sortie.

On appréciera que, avec 400 pm de diamètre extérieur au plus, la fibre optique est l'un des capteurs les moins invasifs. Même miniaturisés, les accéléromètres utilisables dans la détection des vibrations n'ont pas des dimensions compétitives.

Par rapport au cas où les fibres seraient collées en surface ou inserrées aux éléments de structure, le dispositif à fibres tendues - limite le nombre de raccordements des fibres entre elles et à l'interféromètre, - peut être installé après réalisation de la structure (ce qui évite les précautions dues à l'emploi de fibres optiques fragiles pendant les phases de fabrication et ajustage de la structure), - permet l'accès direct aux informations utiles (déformations globales, vibrations locales) sans calculs de restitution par modèle de structure, - permet d'envisager la réalisation de structures de précision déployables telles que des antennes ou des télescopes.

On sait en effet que ce sont les contraintes de lancement (chocs et vibrations) qui dimensionnent les structures spatiales. D'où l'idée d'utiliser des structures frêles qui sont déployées en orbite pour maintenir les composants utiles (à l'exemple des générateurs solaires de satellites avec généralement des considérations d'encombrement). Ces structures comportent des articulation donc des jeux (certes annulés après déploiement) mais on comprend toute la difficulté de réaliser des structures passives déployables et précises. Les structures actives (pourvues d'actionneurs capables de modifier les dimensions globales de ces structures plus frêles) permettront d'atteindre la précision requise.

Un télescope embarqué à miroir secondaire "gerbale" (c'est-à-dire escamotable, ou encore ayant une position de lancement différente de la position d'utilisation) devient réalisable grâce aux mesures de précision par fibres optiques tendues. Un gain appréciable en masse et encombrement (au lancement) pourrait être réalisé.

On peut aussi envisager la réalisation d'un télescope sans miroir secondaire. L'ensemble support des détecteurs du plan focal peut être déployé et positionné très précisément même à bonne distance du seul miroir primaire.

Ici encore, des gains en masse et encombrement ainsi qu'en coût (suppression d'un miroir) sont réalisables.

Une autre application possible concerne le pointage actif. Très sommairement, la plate-forme spatiale de supportage d'un instrument d'optique ou d'une antenne est pointée "grossièrement", le pointage fin étant obtenu par déformation précise de la structure support du miroir secondaire.

Il va de soi que la description qui précède n'a été proposée qu'à titre d'exemple non limitatif et que de nombreuses variantes peuvent être proposées par l'homme de l'art sans sortir du cadre de l'invention. On peut noter en particulier les points suivants
- les fibres ne sont pas forcément tendues en permanence (la tension est nécessaire uniquement pendant la mesure). C'est le cas d'une structure déployable, lorsqu'elle est "gerbée" c'est-à-dire non déployée. C'est aussi le cas de structures présentant des dispositifs de verrouillage (par matériaux à mémoire de forme, boulons pyrotechniques ou autres) destinés à immobiliser des parties de structure ou des composants pendant les phases de lancement, leur libération, c'est-à-dire leur supportage par une structure plus frêle) n'intervenant qu'une fois mises sur orbite. Un moyen de mise en tension doit alors être prévu, à moins que le déverrouillage assure directement la mise en tension des fibres
- les fibres de mesure ne sont pas forcément disposées symétriquement
- la fragilité des fibres peut conduire à prévoir des redondances qui ne sont pas forcément disposées côte à côte
- les essais acoustiques de fibres tendues démontrent qu'il est possible d'utiliser ce procédé même dans l'air
- on peut, à l'aide de trois fibres tendues, mesurer les déplacements d'un point donné par rapport à un repère de référence. On a en effet supposé implicitement jusqu'alors que l'élément dont on souhaitait contrôler la position était rigide. Ce qui permettait de contrôler ses modes rigides (c'est-à-dire ses six degrés de liberté = trois rotations + trois translations) avec un nombre de fibres réduit à six. Le contrôle dimensionnel peut être généralisé aux modes souples, c'est-à-dire aux déformées de l'élément à contrôler. On cherche dans ce cas à évaluer les déplacements de points (c'est-à-dire à chaque point, trois translations par rapport à un repère de référence). On tend les fibres entre les noeuds (au sens "éléments finis") de référence (R1,
R2, R3 ...) définis préalablement et les noeuds dont on souhaite connaître les déplacements, la seule condition étant que ces structures soient "creuses" (treillis par exemple) pour le passage des fibres
- une application peut être amovible et servir uniquement pendant les essais. Ce type de contrôle ponctuel est actuellement réalisé sur marbre avec des "palpeurs" (sorte de potences munies d'un capteur de proximité à leur extrémité) que l'on approche du noeud à contrôler. La dilatation des potences interdit pratiquement tous les essais thermiques et il est facile de comprendre l'intérêt des capteurs à fibres tendues qui, une foir installés, vont permettre les mesures quels que soient les essais envisagés
- le capteur à fibre biréfringente interrogée par deux modes de polarisation n'est pas le seul principe utilisable. Par exemple lorsque la température ambiante est variable, on peut utiliser un interféromètre de MACH-ZEHNDER ou de MICHELSON dont la fibre de référence reste détendue en permanence et côtoie la fibre tendue (même influence de la température sur les deux fibres). Le déphasage entre les deux signaux est donc directement proportionnel à l'allongement.

L'inconvénient de ces capteurs est la perte d'information d'allongement si l'on ne suit pas la mesure en permanence (phase définie à 2 ke près). Un autre procédé consiste à utiliser la polarisation rectiligne en conjugaison avec les deux premiers modes de propagation de la fibre biréfringente pour obtenir les deux équations permettant la séparation des effets de température et d'allongement. La séparation des modes semble poser encore des problèmes.

Claims (19)

REVENDICATIONS

1. Structure embarquée sur un véhicule spatial comportant un capteur dimensionnel incluant au moins une fibre optique tendue dans le vide entre une première zone de fixation (1A) et une seconde zone de fixation (1B) solidaires de cette structure, cette fibre comportant une longueur sensible délimitée par deux points (6, 7) situés à proximité de ces zones de fixation, et l'une des extrémités de cette fibre étant adaptée à être connectée à une chaîne de mesure par interférométrie (6).

2. Structure selon la revendication 1, caractérisée en ce que cette fibre est biréfringente.

3. Structure selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisée en ce que l'un au moins des points est un point de couplage obtenu par insolation.

4. Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'un des points est constitué par une extrémité libre polie.

5. Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la structure comporte deux éléments parallèles et transversaux à un axe de référence (X-X), et ce capteur dimensionnel inclut une pluralité de fibres optiques distribuées angulairement autour de cet axe, chaque fibre étant tendue entre une zone de fixation (21) solidaire de l'un des éléments et une zone de fixation solidaire de l'autre élément.

6. Structure selon la revendication 5, caractérisée en ce que les zones de fixation solidaires de l'un des éléments sont situées sur une première pièce annulaire (21) perpendiculaire à, et centrée sur, 1 axe optique, et les zones de fixation solidaires de l'autre des éléments sont situées sur une seconde pièce annulaire (22) perpendiculaire à, et centrée sur, l'axe optique.

7. Structure selon la revendication 6, caractérisée en ce que ces pièces annulaires ont des diamètres (D, d) différents.

8. Structure selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisée en ce que certaines au moins des fibres sont coplanaires à l'axe.

9. Structure selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisée en ce qu'au moins l'une des fibres a, par rapport à l'axe optique, une configuration différente d'au moins une autre fibre.

10. Structure selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisée en ce que les zones de fixation solidaires de l'autre (22) des éléments sont, vis à vis des zones de fixation de ces fibres solidaires du premier des éléments, décalées angulairement dans un premier sens autour de l'axe de référence pour un premier sous-groupe de fibres, et, pour un second sous-groupe de fibres, décalées angulairement dans un sens opposé.

11. Structure selon la revendication 10, caractérisée en ce que le décalage angulaire entre les zones de fixation solidaires de l'un et de l'autre des éléments est le meme en valeur absolue pour chacune des fibres.

1 2. Structure selon la revendication 11, caractérisée en ce que ce décalage vaut 600 en valeur absolue.

13. Structure selon l'une quelconque des revendications 10 à 12, caractérisée en ce qu'en chaque zone de fixation solidaire de l'un des éléments sont fixées deux fibres s 'étendant jusqu'à deux zones de fixation distinctes solidaires de l'autre élément, et réciproquement.

14. Structure selon l'une quelconque des revendications 10 à 13, caractérisé en ce que les fibres sont au moins au nombre de six.

15. Structure selon l'une quelconque des revendications 10 à 14, caractérisée en ce que les fibres font partie d'une seule et même fibre comportant plusieurs portions tendues alternant avec des portions courbes.

16. Structure selon l'une quelconque des revendications 10 à 15, caractérisée en ce que les éléments font partie d'un instrument optique.

17. Structure selon la revendication 16, caractérisée en ce que l'un (15) des éléments est solidaire d'une fenêtre d'entrée (16) d'un ensemble de détection, et l'autre élément est un détecteur (12).

18. Structure selon la revendication 17, caractérisée en ce que cet ensemble de détection comporte un cryostat sous vide dont 1 une, plane, des parois constitue le premier élément et le détecteur est un détecteur infrarouge, dans cette enceinte étant prévues des sources de froid.

19. Structure selon la revendication 17 ou la revendication 18, caractérisée en ce que le détecteur est porté par une monture (17) transversale à l'axe, rigidement liée à ladite paroi plane (15) par trois entretoises axiales réparties angulairement autour de l'axe, les fibres étant disposées radialement à l'extérieur du cylindre géométrique dont font partie ces entretoises.

20. Structure selon la revendication 19, caractérisée en ce que le capteur dimensionnel comporte six fibres telles que chaque zone de fixation solidaire du premier des éléments est en regard radialement d'une entretoise et deux fibres y sont fixées en s'étendant vers deux zones distinctes de fixation solidaires de l'autre élément, et chaque zone de fixation solidaire de cet autre élément est située circonférentiellement entre deux entretoises et deux fibres y sont fixées en s'étendant vers deux zones distinctes de fixation solidaires du premier élément.