FR2721114A1 - Fluorescent plastic optical fibre - Google Patents
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Abstract
Description
FIBRE OPTIQUE ET SON PROCEDE DE FABRICATION
La présente invention concerne une fibre optique en polymère fluorescente utilisable pour la détection des rayons X. L'invention trouve une application particulière pour la surveillance de l'état du vide dans les ampoules à vide des disjoncteurs à moyenne tension.OPTICAL FIBER AND ITS MANUFACTURING METHOD
The present invention relates to a fluorescent polymer optical fiber which can be used for X-ray detection. The invention finds a particular application for monitoring the state of the vacuum in the vacuum bulbs of medium-voltage circuit breakers.
Dans le brevet français n 2 640 386 déposé le 9 décembre 1988, il a été décrit un dispositif pour la détection d'effluves visuels survenant dans une enceinte fermée, en particulier à l'intérieur de l'enveloppe d'une installation à haute tension de type blindé. Ce dispositif comprend une fibre optique fluorescente disposée à l'intérieur de l'enceinte et dont au moins une extrémité, débouchant à l'extérieur, est reliée à un photodétecteur. In French patent no. 2 640 386 filed on December 9, 1988, a device has been described for the detection of visual aromas occurring in a closed enclosure, in particular inside the envelope of a high voltage installation. armored type. This device comprises a fluorescent optical fiber placed inside the enclosure and at least one end of which opens out to the outside, is connected to a photodetector.
Dans le brevet français n 91 14396, il a été décrit un disjoncteur à vide muni de moyens d'autodiagnostic de l'état du vide des ampoules; ces moyens comprennent une ou plusieurs fibres optiques scintillantes et/ou fluorescentes disposées autour de la surface extérieure de l'ampoule à vide. In French patent No. 91 14396, a vacuum circuit breaker has been described provided with self-diagnosis means of the vacuum state of the bulbs; these means comprise one or more scintillating and / or fluorescent optical fibers arranged around the outer surface of the vacuum interrupter.
Dans le brevet français n"92 07500, il a été décrit une fibre optique utilisable pour la détection d'effluves visuels, et constituée d'une gaine en polymère transparent contenant au moins un dopant dérivé d'acide xanthénique. In French patent No. 92 07500, an optical fiber has been described which can be used for the detection of visual aromas, and which consists of a transparent polymer sheath containing at least one dopant derived from xanthenic acid.
La communication de Philippe PIERRE "Dispositif utilisant une fibre optique en polymère fluorescente pour la détection des rayons X", donnée à FIRELEC 2ème JCGE des 6, 7 et 8 avril 1994 à Grenoble (France), montre que la meilleure fibre pour la détection des rayons X, émis notamment par une ampoule à vide, est constituée d'un coeur en plastique tel que le polystyrène et d'un double gainage; la gaine qui jouxte le coeur, appelée gaine optique, est réalisée classiquement par exemple en polymétacrylate de méthyle ou
PMMA; la seconde gaine qui recouvre l'ensemble constitué par le coeur et la gaine optique, est dopée au sulfure de zinc
ZnS. C'est ce type de dopant qui présente la meilleure sensibilité à la lumière émise par un générateur de rayons
X, avec un pic centré au voisinagé d'une longueur d'onde de 450 nm.The communication by Philippe PIERRE "Device using an optical fiber in fluorescent polymer for the detection of X-rays", given to FIRELEC 2nd JCGE on April 6, 7 and 8, 1994 in Grenoble (France), shows that the best fiber for the detection of X-rays, emitted in particular by a vacuum bulb, consists of a plastic core such as polystyrene and a double cladding; the sheath which adjoins the heart, called the optical sheath, is conventionally produced for example from polymethyl methacrylate or
PMMA; the second sheath which covers the assembly constituted by the core and the optical sheath, is doped with zinc sulfide
ZnS. It is this type of dopant which has the best sensitivity to the light emitted by a ray generator.
X, with a peak centered in the vicinity of a wavelength of 450 nm.
Un premier but de l'invention est de déterminer les diamètres optimaux du coeur et des gaines. A first object of the invention is to determine the optimal diameters of the core and of the sheaths.
Un autre but de l'invention est de définir un procédé de réalisation de la gaine dopée au sulfure de zinc. Another object of the invention is to define a process for producing the sheath doped with zinc sulfide.
Un autre but de l'invention est de définir un circuit électronique de détection du signal lumineux fourni par la fibre de l'invention. Another object of the invention is to define an electronic circuit for detecting the light signal supplied by the fiber of the invention.
Tous ces buts sont atteints par l'invention qui a pour objet une fibre optique plastique fluorescente comprenant un coeur en plastique tel que le polystyrène, une gaine optique en polymère tel que le polymétachrylate de méthyle et une gaine dopée au sulfure de zinc recouverte d'une couche de peinture noire, caractérisée en ce que ses dimensions vérifient les relations suivantes: - le coeur de la fibre a un diamètre compris entre 0,5 et 1,5 mm, - la gaine optique a une épaisseur comprise entre 25 et 150 microns, - la gaine dopée au sulfure de zinc a une épaisseur comprise entre 100 et 200 microns - la couche de peinture noire a une épaisseur comprise entre 100 et 200 microns. All of these objects are achieved by the invention which relates to a fluorescent plastic optical fiber comprising a plastic core such as polystyrene, a polymer optical sheath such as polymethyl methacrylate and a sheath doped with zinc sulfide covered with a layer of black paint, characterized in that its dimensions verify the following relationships: - the core of the fiber has a diameter of between 0.5 and 1.5 mm, - the optical sheath has a thickness of between 25 and 150 microns , - the sheath doped with zinc sulfide has a thickness between 100 and 200 microns - the black paint layer has a thickness between 100 and 200 microns.
Avantageusement, la couche dopée au sulfure de zinc est constituée de plusieurs couches formées de poudre de sulfure de zinc maintenue dans de la colle très fluide, par exemple de type superglue. Advantageously, the zinc sulfide doped layer consists of several layers formed of zinc sulfide powder held in very fluid adhesive, for example of superglue type.
De préférence, la granulométrie de poudre de sulfure de zinc est inférieure à 10 microns. Preferably, the particle size of zinc sulfide powder is less than 10 microns.
L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'une fibre optique caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes: 1. on enduit de colle très fluide, par trempage, une fibre comprenant un coeur de fibre en plastique et une couche optique en polymère, 2. on place cette fibre enduite horizontalement au-dessus du fond d'une boîte placée sur un pot vibrant, ledit fond étant recouvert d'une couche de poudre de sulfure de zinc, 3. on met en route le pot vibrant, 4. on recommence les opérations 1. à 3. jusqu'à obtention de l'épaisseur désirée, 5. on recouvre la fibre d'une couche de peiture noire. The invention also relates to a process for manufacturing an optical fiber characterized in that it comprises the following operations: 1. a very fluid adhesive is coated, by dipping, a fiber comprising a plastic fiber core and a polymer optical layer, 2. this coated fiber is placed horizontally above the bottom of a box placed on a vibrating pot, said bottom being covered with a layer of zinc sulfide powder, 3. the vibrating pot, 4. repeat operations 1. to 3. until the desired thickness is obtained, 5. cover the fiber with a layer of black paint.
L'invention a également pour objet un dispositif pour la vérification de l'état du vide d'une ampoule à vide comprenant une fibre du type décrit ci-dessus entourant l'ampoule à vide et un générateur à haute tension relié aux électrodes de l'ampoule à vide, le signal lumineux produit dans ladite fibre étant acheminé à une photodiode dont le signal est amplifié par un circuit électronique. The invention also relates to a device for checking the state of the vacuum of a vacuum bulb comprising a fiber of the type described above surrounding the vacuum bulb and a high voltage generator connected to the electrodes of the vacuum bulb, the light signal produced in said fiber being routed to a photodiode, the signal of which is amplified by an electronic circuit.
L'invention est maintenant expliquée en détail à l'aide du dessin annexé dans lequel:
- la figure 1 est une vue partielle d'une fibre optique selon l'invention,
- la figure 2 est un schéma expliquant le procédé de fabrication de la gaine dopée au sulfure de zinc,
- la figure 3 est un schéma illustrant une installation pour la vérification du vide d'une ampoule à vide au moyen d'une fibre selon l'invention,
- la figure 4 est un schéma du circuit électronique de l'installation de la figure 3.The invention is now explained in detail using the attached drawing in which:
FIG. 1 is a partial view of an optical fiber according to the invention,
FIG. 2 is a diagram explaining the process for manufacturing the sheath doped with zinc sulfide,
FIG. 3 is a diagram illustrating an installation for checking the vacuum of a vacuum interrupter using a fiber according to the invention,
- Figure 4 is a diagram of the electronic circuit of the installation of Figure 3.
Dans la figure 1, on voit une fibre désignée globalement par 1 et comprenant un coeur 2 en polystyrène entourée d'une première gaine 11, dite gaine optique, réalisée de préférence en polymétacrylate de méthyle (PMMA). In Figure 1, we see a fiber generally designated by 1 and comprising a core 2 of polystyrene surrounded by a first sheath 11, called optical sheath, preferably made of polymethyl methacrylate (PMMA).
La gaine optique 11 est entourée d'une gaine 12 dopée au sulfure de zinc. La gaine 12 est recouverte d'une couche de peinture noire 13. The optical sheath 11 is surrounded by a sheath 12 doped with zinc sulfide. The sheath 12 is covered with a layer of black paint 13.
Il a été observé que la fibre optique est optimale lorsque les dimensions ci-après sont respectées:
- diamètre du coeur 2 compris entre 0,5 et 1,5 mm,
- épaisseur de la gaine optique 11 comprise entre 25 et 150 microns,
- épaisseur de la gaine dopée au ZnS 12 comprise entre 100 et 200 microns.It has been observed that the optical fiber is optimal when the following dimensions are respected:
- diameter of the core 2 between 0.5 and 1.5 mm,
- thickness of the optical sheath 11 between 25 and 150 microns,
- thickness of the ZnS 12 doped sheath between 100 and 200 microns.
La réalisation du coeur et de la gaine optique est classique et on pourra se référer par exemple à l'ouvrage "Les fibres optiques plastiques: mise en oeuvre et application", paru chez Masson en 1994. The production of the optical core and sheath is conventional and reference may be made, for example, to the work "Plastic optical fibers: implementation and application", published by Masson in 1994.
Selon l'invention, la réalisation de la gaine dopée au sulfure de zinc est effectuée comme suit, avec référence à la figure 2:
- on enduit de colle très fluide, par exemple de type superglue, la surface de la gaine optique 11 d'une fibre 10 comprenant un coeur 2 et une couche optique 11, l'enduction se faisant par trempage suivi d'égouttage,
- on place la fibre optique 1, ainsi revêtue, horizontalement à quelques centimètres au-dessus du fond 21 d'une boîte 20 placée sur un pot vibrant 22; le maintien de la fibre est réalisé aisément en la faisant passer par deux trous 23 et 24 pratiqués dans deux bords opposés respectivement 25 et 26 de la boîte; du sulfure de zinc en poudre 27 a été disposé sur le fond 21; le pot vibrant est mis en marche. Sous l'action des vibrations engendrées par le pot vibrant, dont la fréquence et l'amplitude peuvent être ajustées, la poudre de ZnS se met en suspension dans la boîte et se dépose de façon homogène sur l'ensemble de la fibre. Lorsque l'épaisseur est atteinte, on arrête le pot vibrant. Si l'épaisseur n'est pas atteinte après refus de la poudre de se coller à la fibre, on enduit à nouveau la fibre de colle et on recommence l'opération.According to the invention, the production of the zinc sulfide doped sheath is carried out as follows, with reference to FIG. 2:
a very fluid adhesive, for example of superglue type, is coated, the surface of the optical sheath 11 of a fiber 10 comprising a core 2 and an optical layer 11, the coating being carried out by soaking followed by draining,
- The optical fiber 1, thus coated, is placed horizontally a few centimeters above the bottom 21 of a box 20 placed on a vibrating pot 22; maintaining the fiber is easily achieved by passing it through two holes 23 and 24 made in two opposite edges 25 and 26 respectively of the box; powdered zinc sulfide 27 was placed on the bottom 21; the vibrating pot is started. Under the action of the vibrations generated by the vibrating jar, whose frequency and amplitude can be adjusted, the ZnS powder is suspended in the box and is deposited homogeneously on the entire fiber. When the thickness is reached, the vibrating pot is stopped. If the thickness is not reached after refusal of the powder to stick to the fiber, the fiber is again coated with glue and the operation is repeated.
La granulométrie de la poudre de sulfure de zinc est de préférence inférieure à 10 microns. The particle size of the zinc sulfide powder is preferably less than 10 microns.
Après constitution de la gaine dopée au ZnS, la fibre est revêtue de peinture noire (couche 13 de la figure 1) par trempage suivie d'égouttage, jusqu'à obtenir une épaisseur de 100 à 200 microns. La fibre est ainsi rendue insensible à la lumière ambiante et peut donc être utilisée. After constitution of the ZnS doped sheath, the fiber is coated with black paint (layer 13 of FIG. 1) by soaking followed by draining, until a thickness of 100 to 200 microns is obtained. The fiber is thus made insensitive to ambient light and can therefore be used.
La fibre optique est reliée à un connecteur munie éventuellement d'une fibre claire pour assurer la transmission du signal lumineux jusqu'au circuit électronique d'exploitation. The optical fiber is connected to a connector possibly provided with a clear fiber to ensure the transmission of the light signal to the electronic operating circuit.
Ce circuit permet par exemple de contrôler la qualité du vide d'une ampoule à vide. Pour cela, comme le montre la figure 3, l'ampoule à vide 28 est entourée par une fibre 1 du type qui vient d'être décrit. Les électrodes 28A et 28B de l'ampoule à vide sont maintenues à une distance telle qu'il y ait émission de rayons X lorsqu'on applique, & l'aide d'un générateur 29, une tension alternative sinusoïdale par exemple de l'ordre de 50 kV à 50Hz, pour un écart entre les électrodes de quelques millimètres. Dans la figure 3, la référence 30 désigne le connecteur dont il a été question plus haut et 31 la fibre optique claire qui achemine le signal lumineux. Celui-ci est adressé à un transducteur 32 permettant de transformer le signal lumineux en signal électrique qui est traité par un circuit électronique 33. This circuit allows for example to control the quality of the vacuum of a vacuum interrupter. For this, as shown in Figure 3, the vacuum interrupter 28 is surrounded by a fiber 1 of the type which has just been described. The electrodes 28A and 28B of the vacuum interrupter are kept at a distance such that there is an emission of X-rays when a sinusoidal alternating voltage is applied, using a generator 29 for example. order of 50 kV at 50Hz, for a gap between the electrodes of a few millimeters. In FIG. 3, the reference 30 designates the connector mentioned above and 31 the clear optical fiber which carries the light signal. This is addressed to a transducer 32 making it possible to transform the light signal into an electrical signal which is processed by an electronic circuit 33.
Le transducteur est de préférence une photodiode de bonne sensibilité et de faible bruit pour la longueur d'onde délivrée par la fibre; on choisit par exemple une photodiode
GaAsP.The transducer is preferably a photodiode of good sensitivity and of low noise for the wavelength delivered by the fiber; we choose for example a photodiode
GaAsP.
Un exemple de réalisation du circuit électronique est illustré par la figure 4. An exemplary embodiment of the electronic circuit is illustrated in FIG. 4.
Le circuit comprend trois étages:
- un premier étage d'amplification recevant le signal I émis par la photodiode 32 qui reçoit le signal lumineux ce premier étage est constitué de préférence par un amplificateur opérationnel 34 (par exemple du type OPA 111 de Burr-Brown) avec une résistance Rf de 10 G permettant une bonne qualité de signal avec un fort rapport signal/bruit; un tel étage peut fournir un gain de 109 V/A
- un deuxième étage d'amplification 35 fournissant par exemple un gain de 100 entre 35 Hz et 4800 Hz,
- un circuit sélectif, de gain unité, centré autour de la fréquence de 100 Hz.The circuit has three stages:
a first amplification stage receiving the signal I emitted by the photodiode 32 which receives the light signal, this first stage preferably consists of an operational amplifier 34 (for example of the OPA 111 type from Burr-Brown) with a resistance Rf of 10 G allowing good signal quality with a high signal / noise ratio; such a stage can provide a gain of 109 V / A
a second amplification stage 35 providing for example a gain of 100 between 35 Hz and 4800 Hz,
- a selective circuit, of unity gain, centered around the frequency of 100 Hz.
Le circuit électronique présente donc un gain
G = 109.100.1 = 1011 V/A
Or, à la longueur d'onde considérée, la sensibilité S de la diode, définie par le rapport de l'intensité fournie mesurée en ampères à l'énergie optique Wopt reçue par la photodiode est donnée par:
S = 0,3 A/Wopt
On obtient donc le "gain" g entre la tension de sortie et la puissance lumineuse sur la photodiode:
g = 30.109 V/Wopt
L'application de l'invention n'est pas limitée à l'exemple décrit; on peut envisager d'équiper dès leur fabrication les ampoules à vide d'une fibre selon l'invention pour permettre leur connexion à un circuit d'auto-diagnostic de la qualité du vide. The electronic circuit therefore has a gain
G = 109.100.1 = 1011 V / A
However, at the wavelength considered, the sensitivity S of the diode, defined by the ratio of the intensity supplied measured in amperes to the optical energy Wopt received by the photodiode is given by:
S = 0.3 A / Wopt
We therefore obtain the "gain" g between the output voltage and the light power on the photodiode:
g = 30.109 V / Wopt
The application of the invention is not limited to the example described; it is possible to envisage equipping vacuum bulbs with a fiber according to the invention as soon as they are manufactured to allow their connection to a circuit for self-diagnosis of the quality of the vacuum.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR9407004A FR2721114B1 (en) | 1994-06-08 | 1994-06-08 | Fiber optics and its manufacturing process. |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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FR9407004A FR2721114B1 (en) | 1994-06-08 | 1994-06-08 | Fiber optics and its manufacturing process. |
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Publication Number | Publication Date |
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FR2721114A1 true FR2721114A1 (en) | 1995-12-15 |
FR2721114B1 FR2721114B1 (en) | 1996-07-19 |
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ID=9463995
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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FR9407004A Expired - Lifetime FR2721114B1 (en) | 1994-06-08 | 1994-06-08 | Fiber optics and its manufacturing process. |
Country Status (1)
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FR (1) | FR2721114B1 (en) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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- 1994-06-08 FR FR9407004A patent/FR2721114B1/en not_active Expired - Lifetime
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