FR2775778A1 - Device for measurement of surface vibration caused by laser light source for testing materials properties - Google Patents
Device for measurement of surface vibration caused by laser light source for testing materials properties Download PDFInfo
- Publication number
- FR2775778A1 FR2775778A1 FR9802847A FR9802847A FR2775778A1 FR 2775778 A1 FR2775778 A1 FR 2775778A1 FR 9802847 A FR9802847 A FR 9802847A FR 9802847 A FR9802847 A FR 9802847A FR 2775778 A1 FR2775778 A1 FR 2775778A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- interferometer
- vibration
- measurement
- measuring
- flux
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
- G01H9/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by using radiation-sensitive means, e.g. optical means
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
L'invention concerne la mesure de vibrations et plus particulièrement la mesure à distance des vibrations surfaciques de très faible amplitude d'une pièce rugueuse. Ce type de mesure est fréquemment réalisé pour contrôler la qualité des pièces (forme, homogénéité, collages, fissures, caractérisation de matériaux et produits...) de manière non destructive. The invention relates to the measurement of vibrations and more particularly the remote measurement of surface vibrations of very small amplitude of a rough workpiece. This type of measurement is frequently carried out to control the quality of the parts (shape, homogeneity, bonding, cracks, characterization of materials and products ...) in a non-destructive manner.
En effet, il est apparu intéressant de contrôler la qualité des pièces, éventuellement en cours de production, en les soumettant à des ondes ultrasonores, par exemple générées à l'aide d'une impulsion laser, et en détectant la réponse vibratoire de la pièce ainsi excitée. Indeed, it appeared interesting to control the quality of the parts, possibly during production, by subjecting them to ultrasonic waves, for example generated using a laser pulse, and by detecting the vibratory response of the part. so excited.
Une application efficace d'un tel contrôle nécessite une bonne fiabilité de la mesure de la réponse vibratoire qui occupe le plus souvent un vaste domaine fréquentiel dépendant du matériau traversé. Ces mesures de vibrations sont généralement considérées comme difficiles à réaliser et il est possible de limiter cette analyse aux ondes ultrasonores contenues dans le domaine [50 kHz; , 20 MHz]. Différentes propositions ont déjà été faites pour réaliser ce type de mesure. An effective application of such a control requires a good reliability of the measurement of the vibratory response which most often occupies a large frequency domain depending on the material crossed. These vibration measurements are generally considered to be difficult to perform and it is possible to limit this analysis to the ultrasonic waves contained in the range [50 kHz; , 20 MHz]. Various proposals have already been made to carry out this type of measurement.
J.P. Monchalin, par exemple dans le brevet US-4.659.224 a proposé d'analyser un faisceau lumineux réfléchi sur la cible par un interféromètre du type Fabry-Perot confocal. Cette solution se révèle être bien adaptée à la détection de fréquences ultrasonores supérieures au MHz, mais est peu précise à des fréquences inférieures et elle est d'autre part soumise à la stabilité en fréquence de 1n source lumineuse. J.P. Monchalin, for example in US Pat. No. 4,659,224, proposed to analyze a light beam reflected on the target by an interferometer of the confocal Fabry-Perot type. This solution proves to be well suited to the detection of ultrasonic frequencies higher than MHz, but is not very precise at lower frequencies and it is also subject to the frequency stability of 1n light source.
Par ailleurs, il a été proposé par Scruby et Le Drain dans ( < Laser ultrasonics - 1990 - Techniques and applications de réaliser de telles mesures de vibrations à distance par l'analyse d'un faisceau laser, de longueur d'onde Ro, rétrodiffusé par la surface à analyser à l'aide d'un interféromètre à deux ondes produisant une différence de marche optique L entre ces deux ondes. Une manière de présenter ce type de mesure est que la fréquence d'émission du laser est modifiée, par effet Doppler, lors de sa rétrodiffusion sur la surface de l'objet à analyser, en fonction de la vitesse u de celui-ci; l'interféromètre se comporte alors comme un analyseur de spectre mesurant cette variation de fréquence. Par exemple, les choix
L = B0/4 modulo ho/2, et c = 3 x 108m/s permettent d'écrire que la recombinaison des ondes des deux bras de l'interféromètre donnera lieu au signal:
S = So (1 +Csin[47rLu/(cko)]}
Cette formulation générale du signal définit les paramètres principaux de la mesure. So est proportionnel au flux lumineux pénétrant dans l'interféromètre. C est une fonction numérique (O < C < 1) qui traduit la qualité de la recombinaison des ondes et qui dépend de la fréquence de vibration de la cible observée (en fait, C évolue peu tant que les fréquences de vibration de la cible restent faibles par rapport à c/L). L est la valeur moyenne de la différence de chemins optiques dans les bras de l'interféromètre, c est la vitesse de la lumière. Les variations du signal S recueilli sont donc simplement proportionnelles à la vitesse u en première approximation. Toutefois, cette méthode n'a pas pu jusqu'à présent recevoir des développements importants en raison des défauts qu'elle supporte du fait des instabilités des sources laser (perturbant les grandeurs
S0 et A0). In addition, it was proposed by Scruby and Le Drain in (<Laser ultrasonics - 1990 - Techniques and applications to carry out such measurements of vibrations at a distance by the analysis of a laser beam, of wavelength Ro, backscattered by the surface to be analyzed using a two-wave interferometer producing an optical path difference L between these two waves. One way of presenting this type of measurement is that the emission frequency of the laser is modified, by effect Doppler, during its backscattering on the surface of the object to be analyzed, as a function of its speed u; the interferometer then behaves like a spectrum analyzer measuring this variation in frequency.
L = B0 / 4 modulo ho / 2, and c = 3 x 108m / s allow to write that the recombination of the waves of the two arms of the interferometer will give rise to the signal:
S = So (1 + Csin [47rLu / (cko)]}
This general formulation of the signal defines the main parameters of the measurement. So is proportional to the light flux entering the interferometer. C is a digital function (O <C <1) which translates the quality of the recombination of the waves and which depends on the vibration frequency of the target observed (in fact, C changes little as long as the vibration frequencies of the target remain low compared to c / L). L is the average value of the difference in optical paths in the arms of the interferometer, c is the speed of light. The variations of the signal S collected are therefore simply proportional to the speed u as a first approximation. However, this method has not so far been able to receive significant developments because of the defects it supports due to the instabilities of the laser sources (disturbing the quantities
S0 and A0).
Le but de la présente invention est de remédier à de telles instabilités. A cet effet, celles-ci ont été analysées et décomposées en des instabilités de la puissance d'émission d'une part, et des instabilités de la fréquence d'émission d'autre part, et des moyens ont été proposés afin de s'affranchir de telles instabilités. The object of the present invention is to remedy such instabilities. To this end, these have been analyzed and broken down into instabilities of the transmission power on the one hand, and instabilities of the transmission frequency on the other hand, and means have been proposed in order to s' free from such instabilities.
C'est également un but de l'invention de proposer un tel dispositif de mesure de la vibration simple à fabriquer et stable dans son utilisation. It is also an object of the invention to provide such a vibration measurement device which is simple to manufacture and stable in use.
C'est encore un autre but de proposer un tel dispositif qui puisse être fabriqué dans les meilleures conditions économiques. It is yet another aim to propose such a device which can be manufactured under the best economic conditions.
L'invention concerne donc un dispositif de mesure de la vibration d'une pièce dans lequel un flux lumineux source dirigé sur la pièce produit un flux rétrodiffusé qui est analysé par un interféromètre de mesure. The invention therefore relates to a device for measuring the vibration of a part in which a source light flux directed on the part produces a backscattered flux which is analyzed by a measurement interferometer.
Selon l'invention, ce dispositif comporte des moyens de prélèvement d'une partie du flux lumineux source avant la pièce et le flux prélevé est lui-même analysé par un interféromètre de référence compensant les défauts du système de mesure. According to the invention, this device comprises means for sampling part of the source light flux before the part and the sampled flux is itself analyzed by a reference interferometer compensating for the faults in the measurement system.
Il a été indiqué plus haut que dans un tel dispositif, l'interféromètre de mesure accède à la fréquence et à l'intensité du flux lumineux rétrodiffusé. It was indicated above that in such a device, the measurement interferometer accesses the frequency and the intensity of the backscattered light flux.
L'interféromètre de référence mis en oeuvre selon l'invention permet la mesure de la fréquence et de la puissance du flux lumineux source, la comparaison de ces paramètres avec ceux mesurés par l'interféromètre de mesure permet donc la caractérisation directe de l'effet engendré par les vibrations de la pièce. The reference interferometer used according to the invention makes it possible to measure the frequency and the power of the source light flux, the comparison of these parameters with those measured by the measuring interferometer therefore allows direct characterization of the effect generated by the vibrations of the part.
Plus précisément, l'extraction de la vibration de la cible, à partir des quatre paramètres que nous venons de rappeler, est résumée ci-après. Une procédure d'étalonnage, développée par la suite, est utile pour préciser le facteur C de chaque interféromètre. La connaissance de la puissance lumineuse instantanée pénétrant dans chaque interféromètre (proportionnelle à So) permet de déterminer un signal normalisé de la forme [(S/So)-1]/C (d'après la formulation générale du signal S), qui représente l'information fréquentielle de chaque interféromètre. Il suffit alors de soustraire les signaux normalisés de ces deux interféromètres pour accéder aux vibrations de la cible. More precisely, the extraction of the vibration of the target, from the four parameters that we have just recalled, is summarized below. A calibration procedure, developed later, is useful for specifying the C factor of each interferometer. Knowledge of the instantaneous light power entering each interferometer (proportional to So) makes it possible to determine a normalized signal of the form [(S / So) -1] / C (according to the general formulation of the signal S), which represents the frequency information of each interferometer. It then suffices to subtract the normalized signals from these two interferometers to access the vibrations of the target.
Selon différents modes de réalisation préférés, présentant chacun leurs avantages particuliers, le dispositif présente les caractéristiques additionnelles suivantes:
- l'un ou l'autre au moins des interféromètres de mesure et de référence est un interféromètre à deux bras de longueurs différentes, muni d'un premier capteur photométrique recevant des ondes lumineuses recombinées après avoir circulé chacune dans l'un des bras de l'interféromètre et subi une différence de phase, et d'un deuxième capteur fournissant un signal permettant de mesurer l'intensité du flux analysé;
- un modulateur de phase est placé sur l'un des bras de chacun des interféromètres. Cela présente quatre intérêts classés par ordre de priorité décroissante
Tout d'abord, il est utile d'asservir la valeur de L au voisinage de Xo/4 modulo h/2, pour que le dispositif de mesure soit fiable.According to different preferred embodiments, each presenting their particular advantages, the device has the following additional characteristics:
- at least one or the other of the measurement and reference interferometers is an interferometer with two arms of different lengths, provided with a first photometric sensor receiving recombined light waves after having each circulated in one of the arms the interferometer and underwent a phase difference, and a second sensor providing a signal making it possible to measure the intensity of the analyzed flux;
- a phase modulator is placed on one of the arms of each of the interferometers. This presents four interests ranked in descending order of priority
First of all, it is useful to control the value of L in the vicinity of Xo / 4 modulo h / 2, so that the measurement device is reliable.
L'excursion préalable des valeurs possibles de S (réalisée en appliquant une rampe au modulateur de phase) est une première méthode possible pour asservir ensuite L avec la consigne S - SMOY = (SMAX + + )/2, OÙ
SMOY est la valeur moyenne de S, SMAX est la valeur maximum de S et SMS est la valeur minimum de S. The prior excursion of the possible values of S (performed by applying a ramp to the phase modulator) is a first possible method to then enslave L with the reference S - SMOY = (SMAX + +) / 2, OÙ
SMOY is the average value of S, SMAX is the maximum value of S and SMS is the minimum value of S.
Une deuxième méthode d'asservissement plus précise de L consiste à générer avec ce modulateur de phase, une oscillation sinusoïdale de L à une fréquence distincte des vibrations mécaniques ambiantes et du domaine vibratoire exploré. Dans ce cas, l'asservissement de L consiste à minimiser les harmoniques de cette fréquence de modulation dans le signal
S recueilli. Cette consigne a l'avantage de s'adapter automatiquement aux dérives de 5MOU. A second more precise control method of L consists in generating with this phase modulator, a sinusoidal oscillation of L at a frequency distinct from the ambient mechanical vibrations and from the vibrational domain explored. In this case, the enslavement of L consists in minimizing the harmonics of this modulation frequency in the signal
S collected. This instruction has the advantage of automatically adapting to 5MOU drifts.
La connaissance de l'amplitude de cette modulation de L permet même de déterminer en temps réel la valeur du paramètre C de chaque interféromètre, pour obtenir une mesure calibrée des mouvements de la cible. ll est cependant possible de réaliser un étalonnage sans moduler
L, mais en deux étapes. La première étape consiste à mesurer les deux valeurs moyennes des fluctuations du signal S/SMOY des deux interféromètres avec une cible immobile (.on rappelle que ces fluctuations sont non nulles puisque les variations de k0 peuvent être interprétées formellement comme un mouvement apparent de vitesse uapparent récolté par les deux interféromètres). Le rapport entre ces deux mesures vaut alors
A/B, où A = ckol (4nLC) pour l'interféromètre de mesure et où
B = ckol / (47cLC) pour l'interféromètre de référence. La deuxième étape consiste à enregistrer à nouveau le signal 5/5MOU quand la cible décrit un mouvement connu, afin de déterminer A et d'en déduire B.Knowing the amplitude of this modulation of L even makes it possible to determine in real time the value of the parameter C of each interferometer, in order to obtain a calibrated measurement of the movements of the target. It is however possible to carry out a calibration without modulating
L, but in two stages. The first step consists in measuring the two average values of the fluctuations of the S / SMOY signal of the two interferometers with a stationary target (. It should be remembered that these fluctuations are not zero since the variations of k0 can be formally interpreted as an apparent movement of apparent speed collected by the two interferometers). The relationship between these two measurements is then worth
A / B, where A = ckol (4nLC) for the measurement interferometer and where
B = ckol / (47cLC) for the reference interferometer. The second step consists in re-recording the 5 / 5MOU signal when the target describes a known movement, in order to determine A and to deduce B.
Enfin, il peut être intéressant de faire aussi fonctionner le modulateur de phase à haute fréquence, pour moduler le signal utile, afin de décaler en fréquence ce signal, pour opérer ensuite un filtrage et une démodulation synchrone du résultat. Finally, it may be advantageous to also operate the high-frequency phase modulator, to modulate the useful signal, in order to shift this signal in frequency, to then operate a synchronous filtering and demodulation of the result.
- le deuxième capteur de chaque interféromètre reçoit une partie du flux transitant dans l'un des bras de l'interféromètre;
-le deuxième capteur de chaque interféromètre reçoit des ondes lumineuses recombinées après avoir circulé dans chacun de l'un des bras de l'interféromètre, les flux reçus par ces deux capteurs ayant des composantes utiles en opposition de phase;
- dans certains modes de réalisation, des moyens de traitement reçoivent les signaux provenant respectivement des deux capteurs de l'interféromètre de mesure (Si, S2) et des deux capteurs de l'interféromètre de référence (S3, S4), et fournissent une mesure de la vibration en combinant ces signaux selon la formule
A (Sl - S2)/(Sl + S2) - B (S3 - S4)/(S3 + S4) où A et B sont des coefficients approximativement constants dans un domaine de fréquences donné;
- A et B sont déterminés par étalonnage;
- ledit étalonnage est réalisé en appliquant aux modulateurs de phase des signaux de même intensité produisant une différence de phase connue et en exploitant les signaux ainsi produits par les capteurs;
- les interféromètres sont fibrés. C'est-à-dire que le déphasage optique entre les deux bras de chaque interféromètre est réalisé avec des fibres optiques et des coupleurs. Ce mode de réalisation est particulièrement simple et stable. De plus, La différence de marche optique entre les deux bras peut être notablement allongée (L 10 à 100 m) par rapport à celle des interféromètres non fibrés, augmentant ainsi la sensibilité du dispositif aux vibrations lentes; cet allongement de L étant uniquement limité par la longueur de cohérence du laser et l'absorption des fibres;
- un même coupleur produit le flux lumineux prélevé à partir du flux lumineux source et assure le couplage du flux rétrodiffusé et de l'interféromètre de mesure;
- deux fibres identiques sont dirigées vers la cible, pour augmenter la sensibilité du dispositif lors de l'observation de surfaces peu diffusantes;
- les mêmes éléments matériels constituent les interféromètres de mesure d'une part et de référence d'autre part, les ondes transitant du laser vers la cible constituant les interférences de référence; et celles transitant dans l'autre sens constituant les interférences de mesure.- the second sensor of each interferometer receives part of the flow passing through one of the arms of the interferometer;
the second sensor of each interferometer receives recombined light waves after having circulated in each of one of the arms of the interferometer, the fluxes received by these two sensors having useful components in phase opposition;
- in certain embodiments, processing means receive the signals coming respectively from the two sensors of the measurement interferometer (Si, S2) and from the two sensors of the reference interferometer (S3, S4), and provide a measurement of vibration by combining these signals according to the formula
A (Sl - S2) / (Sl + S2) - B (S3 - S4) / (S3 + S4) where A and B are coefficients approximately constant in a given frequency domain;
- A and B are determined by calibration;
- Said calibration is carried out by applying to the phase modulators signals of the same intensity producing a known phase difference and by exploiting the signals thus produced by the sensors;
- the interferometers are fibered. That is to say that the optical phase shift between the two arms of each interferometer is carried out with optical fibers and couplers. This embodiment is particularly simple and stable. In addition, the optical path difference between the two arms can be significantly lengthened (L 10 to 100 m) compared to that of the non-fiber interferometers, thus increasing the sensitivity of the device to slow vibrations; this elongation of L being only limited by the coherence length of the laser and the absorption of the fibers;
- the same coupler produces the light flux taken from the source light flux and ensures the coupling of the backscattered flux and the measurement interferometer;
- two identical fibers are directed towards the target, to increase the sensitivity of the device when observing surfaces that are not very diffusing;
the same material elements constitute the measurement interferometers on the one hand and the reference interferometers, the waves passing from the laser to the target constituting the reference interference; and those passing in the other direction constituting the measurement interference.
L'invention sera décrite ci-après en détail en référence aux dessins annexés dans lesquels:
- la Figure 1 est une représentation schématique du dispositif de l'invention;
- la Figure 2 est une représentation schématique de l'un des interféromètres mis en jeu dans l'invention, dans un premier mode de réalisation
- la Figure 3 est la représentation d'un interféromètre mis en oeuvre dans l'invention, dans un deuxième mode de réalisation;
- la Figure 4 est une représentation schématique d'un dispositif selon l'invention réalisé sous forme fibrée, dans un premier mode de réalisation;
- la Figure 5 est une représentation schématique d'un dispositif selon l'invention réalisé sous forme fibrée, dans un deuxième mode de réalisation
- la Figure 6 une représentation schématique d'un dispositif selon l'invention réalisé sous forme fibrée, dans un troisième mode de réalisation simplifié.The invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings in which:
- Figure 1 is a schematic representation of the device of the invention;
- Figure 2 is a schematic representation of one of the interferometers involved in the invention, in a first embodiment
- Figure 3 is the representation of an interferometer used in the invention, in a second embodiment;
- Figure 4 is a schematic representation of a device according to the invention produced in fiber form, in a first embodiment;
- Figure 5 is a schematic representation of a device according to the invention produced in fiber form, in a second embodiment
- Figure 6 a schematic representation of a device according to the invention produced in fiber form, in a third simplified embodiment.
La Figure 1 est une représentation simplifiée du dispositif selon l'invention. Un laser 1 émet un flux lumineux source 2 de longueur d'onde . Figure 1 is a simplified representation of the device according to the invention. A laser 1 emits a source light flux 2 of wavelength.
Ce flux lumineux est divisé par un élément optique 3, par exemple constitué par une lame semi-transparente en un flux de mesure 4 et un flux de référence 5. Le flux de mesure 4 est diffusé par la pièce 6 et adressé par le dispositif optique 7 sur l'interféromètre de mesure à deux bras 8. This light flux is divided by an optical element 3, for example constituted by a semi-transparent plate into a measurement flux 4 and a reference flux 5. The measurement flux 4 is diffused by the part 6 and addressed by the optical device 7 on the two-arm measurement interferometer 8.
Le flux de référence 5 est adressé par le système optique 9 sur l'interféromètre de référence 10. The reference flow 5 is sent by the optical system 9 to the reference interferometer 10.
Les deux couples de capteurs présents dans les interféromètres 8 et 10 ' génèrent quatre signaux (Si, S2, S3 et S4), qui transitent respectivement par les fils 11, 12, 13 et 14 jusqu'à l'unité de traitement 15, où ces signaux sont combinés afin de fournir le paramètre de vibration P de la pièce 6 (P est par exemple sa position ou sa vitesse instantanée). The two pairs of sensors present in the interferometers 8 and 10 'generate four signals (Si, S2, S3 and S4), which pass respectively through the wires 11, 12, 13 and 14 to the processing unit 15, where these signals are combined in order to provide the vibration parameter P of the part 6 (P is for example its position or its instantaneous speed).
La Figure 2 est un mode de réalisation particulièrement avantageux, sous forme fibrée, de l'interféromètre de référence 10 et de l'interféromètre de mesure 8 qui a la même structure. Figure 2 is a particularly advantageous embodiment, in fiber form, of the reference interferometer 10 and the measurement interferometer 8 which has the same structure.
Le flux entrant par la fibre d'entrée 20 est divisé par le coupleur 21 en deux flux d'intensité approximativement égale couplés respectivement aux fibres 22 et 23. Un coupleur 24 assure la recombinaison et donc l'interférence des ondes circulant dans les fibres 22 et 23, et produit deux flux sortants dans les fibres 25 et 26, qui sont mesurés par deux capteurs photométriques 27 et 28. Ici, les signaux de ces deux capteurs sont en opposition de phase en ce qui concerne la mesure du signal utile. Ceci signifie que l'on récoltera par l'interféromètre de mesure, deux signaux S1 et S2 (de coefficients C1 = C2 par principe) tels que:
S1 = S01 {1 + C1 sin [4 # L (u+uapparent) / (c #0)]}
S2 = S02 (1 - C1 sin [4 it L (u+uapparent) / (c k0)] }
De même, l'interféromètre de référence donnera lieu aux signaux:
S3 = S03 {1 + C3 sin [4 # L uapparent / (c #0)]}
S4 = S04 {1 - C3 sin [4 # L uapparent / (c #0)]}
Dans ce cas particulier, si les vitesses mesurées sont faibles par rapport au mètre par seconde et si l'on ajuste les gains des voies de mesure de telle sorte que " S02 et S03 = S04 (ceci est réalisé facilement pour chaque interféromètre en égalant les amplitudes des oscillations générées par leur modulateur de phase respectif), on obtient alors:
u = A (Sl - (S1 + S2)'B (S3 S4)/ (S3 + S4)
La mesure de la vibration est ainsi obtenue par une combinaison des signaux S1 à S4 particulièrement simple, qui compense totalement les fluctuations de la source laser. Cette mesure vibratoire reste valide en cas de dérive des paramètres A, B, L, Sol, S02, S03 et S04 qui sont mesurables (pour A et B) ou même ajustables en temps réel, à l'aide des modulateurs de phase des interféromètres.The flow entering by the input fiber 20 is divided by the coupler 21 into two flows of approximately equal intensity coupled respectively to the fibers 22 and 23. A coupler 24 ensures the recombination and therefore the interference of the waves circulating in the fibers 22 and 23, and produces two outgoing flows in the fibers 25 and 26, which are measured by two photometric sensors 27 and 28. Here, the signals of these two sensors are in phase opposition as regards the measurement of the useful signal. This means that we will collect by the measurement interferometer, two signals S1 and S2 (with coefficients C1 = C2 in principle) such as:
S1 = S01 {1 + C1 sin [4 # L (u + uapparent) / (c # 0)]}
S2 = S02 (1 - C1 sin [4 it L (u + uapparent) / (c k0)]}
Likewise, the reference interferometer will give rise to the signals:
S3 = S03 {1 + C3 sin [4 # L uapparent / (c # 0)]}
S4 = S04 {1 - C3 sin [4 # L uapparent / (c # 0)]}
In this particular case, if the measured speeds are low compared to the meter per second and if the gains of the measurement channels are adjusted so that "S02 and S03 = S04 (this is easily done for each interferometer by equalizing the amplitudes of the oscillations generated by their respective phase modulator), we then obtain:
u = A (Sl - (S1 + S2) 'B (S3 S4) / (S3 + S4)
The vibration measurement is thus obtained by a particularly simple combination of signals S1 to S4, which completely compensates for the fluctuations of the laser source. This vibration measurement remains valid in the event of a drift in parameters A, B, L, Ground, S02, S03 and S04 which are measurable (for A and B) or even adjustable in real time, using the phase modulators of the interferometers .
La Figure 3 représente un autre mode de réalisation des interféromètres 8 et 10 sous forme fibrée pour lesquels les éléments identiques à ceux de la réalisation précédente ont été affectés des mêmes références numériques. Figure 3 shows another embodiment of the interferometers 8 and 10 in fiber form for which the elements identical to those of the previous embodiment have been assigned the same reference numerals.
Après division par le coupleur 21, les ondes circulant dans les fibres 22 et 23 sont réunies par le coupleur 30 et leur état d'interférence est mesuré par le capteur 27. Le signal fourni par ce capteur 27 est donc analogue à celui fourni par le capteur portant la même référence dans la réalisation précédente de la Figure 2. After division by the coupler 21, the waves circulating in the fibers 22 and 23 are joined by the coupler 30 and their interference state is measured by the sensor 27. The signal supplied by this sensor 27 is therefore analogous to that supplied by the sensor with the same reference in the previous embodiment of Figure 2.
Un coupleur asymétrique 31 prélève une petite partie du flux lumineux circulant dans la fibre 23 et l'adresse sur un photorécepteur 32. An asymmetric coupler 31 takes a small part of the light flux circulating in the fiber 23 and sends it to a photoreceptor 32.
Le flux ainsi mesuré est proportionnel au flux entrant dans l'interféromètre par la fibre 20 et fournit donc un signal S2, S4 apte à remplacer les signaux combinés Si + S2, S3 + S4 de la réalisation précédente décrite par référence à la Figure 2.The flux thus measured is proportional to the flux entering the interferometer through the fiber 20 and therefore provides a signal S2, S4 capable of replacing the combined signals Si + S2, S3 + S4 of the previous embodiment described with reference to FIG. 2.
La Figure 4 illustre un premier mode de réalisation du dispositif de mesure de l'invention entièrement fibré depuis la sortie du laser 1 jusqu'aux interféromètres 8 et 10. Un coupleur 40 reçoit le flux lumineux source par une fibre 41 reliée au laser 1 par l'intermédiaire d'un isolateur 42 évitant tout effet perturbant d'un flux lumineux susceptible d'être émis en retour par la fibre 41 et réinjecté dans le laser 1. Figure 4 illustrates a first embodiment of the measuring device of the invention fully fiber-optic from the output of the laser 1 to the interferometers 8 and 10. A coupler 40 receives the source light flux by a fiber 41 connected to the laser 1 by through an insulator 42 avoiding any disturbing effect of a light flux capable of being emitted back by the fiber 41 and reinjected into the laser 1.
Ce coupleur 40 divise le flux source en deux parties égales, dans les fibres 43 et 44. La fibre 43 conduit la lumière vers la pièce 6, par l'intermédiaire du dispositif optique 7. La fibre 44 dirige la lumière vers l'interféromètre de référence 10. La lumière diffusée par la pièce 6 est ensuite réinjectée dans la fibre 43 par l'intermédiaire du même dispositif optique 7. Puis, elle retourne au coupleur 40, qui en dirige la moitié dans la fibre 45, vers l'interféromètre de mesure 8 qui peut ainsi opérer. This coupler 40 divides the source flux into two equal parts, in the fibers 43 and 44. The fiber 43 conducts the light towards the part 6, via the optical device 7. The fiber 44 directs the light towards the interferometer of reference 10. The light scattered by the part 6 is then reinjected into the fiber 43 by means of the same optical device 7. Then, it returns to the coupler 40, which directs half of it in the fiber 45, towards the interferometer of measure 8 which can thus operate.
La figure 5 est une réalisation permettant l'observation de surfaces peu diffusantes, puisque les pertes de lumière entre le laser et l'interféromètre de mesure 8 sont notablement réduites par l'emploi de deux fibres identiques dirigées vers la cible. FIG. 5 is an embodiment allowing the observation of weakly diffusing surfaces, since the light losses between the laser and the measurement interferometer 8 are notably reduced by the use of two identical fibers directed towards the target.
En effet, presque toute la lumière du laser 1 est envoyée sur la cible par les fibres 43 et 44 (au lieu de la moitié). Un modulateur de phase 50 est éventuellement inséré dans l'un des deux bras 43 ou 44, afin d'égaliser le mieux possible les longueurs de ces deux bras, pour que les ondes récoltées en retour dans le coupleur 40 se recombinent le mieux possible dans la fibre 45.
il est alors nécessaire d'ajouter un coupleur 51 sur le trajet de la fibre 41, pour diriger une faible portion de la lumière du laser, par la fibre 52, vers l'interféromètre de référence 10.In fact, almost all of the light from laser 1 is sent to the target by fibers 43 and 44 (instead of half). A phase modulator 50 is optionally inserted in one of the two arms 43 or 44, in order to equalize the lengths of these two arms as best as possible, so that the waves collected back in the coupler 40 recombine as best as possible in fiber 45.
it is then necessary to add a coupler 51 on the path of the fiber 41, to direct a small portion of the laser light, through the fiber 52, to the reference interferometer 10.
La quatrième voie de ce coupleur 51 peut aussi être dirigée, par la fibre 53, vers un capteur photométrique 54, vérifiant l'égalité de longueur des deux bras 43 et 44 (puisque ce capteur recevra alors le minimum de lumière). The fourth channel of this coupler 51 can also be directed, by the fiber 53, to a photometric sensor 54, verifying the equality of length of the two arms 43 and 44 (since this sensor will then receive the minimum of light).
La Figure 6 représente un mode de réalisation particulièrement simple de l'invention dans lequel les mêmes éléments matériels sont utilisés pour réaliser à la fois l'interféromètre de référence 10 et l'interféromètre de mesure 8. FIG. 6 represents a particularly simple embodiment of the invention in which the same hardware elements are used to produce both the reference interferometer 10 and the measurement interferometer 8.
Partant du laser 1, ce dispositif assure le couplage du flux lumineux source dans la fibre 41 qui est isolé du laser par un isolateur 42. Le coupleur 60 assure la division du faisceau source, couplant chacun des flux résultant, l'un à la fibre 61, L'autre à la fibre 62, ces deux fibres 61, 62 étant reliées au coupleur 63 qui produit l'interférence des deux ondes et assure par le capteur photométrique 64, la mesure de l'état d'interférence de référence (avant tout effet produit par la pièce 6). Starting from the laser 1, this device ensures the coupling of the source light flux in the fiber 41 which is isolated from the laser by an isolator 42. The coupler 60 ensures the division of the source beam, coupling each of the resulting fluxes, one to the fiber 61, the other to the fiber 62, these two fibers 61, 62 being connected to the coupler 63 which produces the interference of the two waves and ensures by the photometric sensor 64, the measurement of the state of reference interference (before any effect produced by part 6).
Tel que décrit précédemment par référence à la Figure 3, le coupleur 31 prélevant une partie du flux de référence sur l'un des bras de l'interféromètre, la mesure du capteur photométrique 65 fournit l'intensité du flux de référence. As previously described with reference to Figure 3, the coupler 31 taking part of the reference flux on one of the arms of the interferometer, the measurement of the photometric sensor 65 provides the intensity of the reference flux.
Une deuxième sortie du coupleur 63, constituée par la fibre 43, interagit avec la cible comme dans les autres modes de réalisation. La lumière revenant de la cible par cette fibre 43 est séparée en deux ondes, respectivement couplées aux fibres 61 et 62. Ces deux ondes sont recombinées par le coupleur 60 qui les adresse, après interférence, sur le récepteur 66. Le récepteur 66 fournit donc une information représentative de l'état d'interférence des ondes rétrodiffusées. Le coupleur 31 prélève une partie du flux lumineux transitant par la fibre 62, et l'adresse au capteur photométrique 67 qui fournit ainsi un signal électrique fonction de l'intensité de ce flux rétrodiffusé. A second output of the coupler 63, constituted by the fiber 43, interacts with the target as in the other embodiments. The light returning from the target by this fiber 43 is separated into two waves, respectively coupled to the fibers 61 and 62. These two waves are recombined by the coupler 60 which addresses them, after interference, on the receiver 66. The receiver 66 therefore provides information representative of the state of interference of the backscattered waves. The coupler 31 takes part of the light flux passing through the fiber 62, and sends it to the photometric sensor 67 which thus supplies an electrical signal which is a function of the intensity of this backscattered flux.
Les signaux Si, S2, S3, S4, respectivement fournis par les capteurs photométriques 66, 67, 64, 65, sont adressés à l'unité de traitement 15 qui fournit le paramètre P représentatif des vibrations de la pièce 6. The signals Si, S2, S3, S4, respectively supplied by the photometric sensors 66, 67, 64, 65, are sent to the processing unit 15 which supplies the parameter P representative of the vibrations of the part 6.
Cette disposition, représentée par la Figure 6, permet donc la réalisation du dispositif de mesure de vibrations de l'invention avec un minimum de composants, tout en permettant de s'affranchir des instabilités du laser. On obtient donc ainsi une mesure de haute précision avec un dispositif stable et relativement peu coûteux. This arrangement, shown in Figure 6, therefore allows the realization of the vibration measuring device of the invention with a minimum of components, while allowing to overcome the instabilities of the laser. A high precision measurement is thus obtained with a stable and relatively inexpensive device.
Le laser l mis en oeuvre dans les différents modes de réalisation décrits plus haut est par exemple un laser à gaz, un laser à solide ,une diode laser (telle que celle connue sous la référence SDL-5722-H1 réalisée selon la technologie Distributed Bragg. Reflector et fabriquée par la
Société SDL) ou encore un microlaser continu tel que celui développé par la Société SFIM ODS.The laser 1 used in the various embodiments described above is for example a gas laser, a solid-state laser, a laser diode (such as that known under the reference SDL-5722-H1 produced according to the Distributed Bragg technology Reflector and manufactured by the
SDL Company) or a continuous microlaser such as that developed by the SFIM ODS Company.
L'isolateur 42 avantageusement disposé à la sortie du laser 1 est avantageusement un isolateur de Faraday tel que celui connu sous la référence I-80-T5 de la Société ISOWAVE. The insulator 42 advantageously disposed at the output of the laser 1 is advantageously a Faraday insulator such as that known under the reference I-80-T5 from the company ISOWAVE.
Les fibres optiques mises en oeuvre sont avantageusement des fibres monomodes à maintien de polarisation telles que celles produites sous la dénomination FIBERCORE HB800G
Les coupleurs sont avantageusement ceux connus sous le nom IOM
Modul de la Société allemande SFIM GmbH. il faut noter que dans son utilisation au contrôle de pièces soumises à des ondes ultrasonores excitées par laser, il est préférable que la longueur d'onde du laser d'excitation soit sensiblement différente de celle du laser de mesure. The optical fibers used are advantageously monomode fibers with polarization maintenance such as those produced under the name FIBERCORE HB800G
The couplers are advantageously those known under the name IOM
Module of the German company SFIM GmbH. it should be noted that in its use for the control of parts subjected to ultrasonic waves excited by laser, it is preferable that the wavelength of the excitation laser is significantly different from that of the measurement laser.
Claims (12)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR9802847A FR2775778B1 (en) | 1998-03-09 | 1998-03-09 | VIBRATION MEASURING DEVICE |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR9802847A FR2775778B1 (en) | 1998-03-09 | 1998-03-09 | VIBRATION MEASURING DEVICE |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
FR2775778A1 true FR2775778A1 (en) | 1999-09-10 |
FR2775778B1 FR2775778B1 (en) | 2000-05-19 |
Family
ID=9523814
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
FR9802847A Expired - Fee Related FR2775778B1 (en) | 1998-03-09 | 1998-03-09 | VIBRATION MEASURING DEVICE |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
FR (1) | FR2775778B1 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4388832A (en) * | 1980-08-06 | 1983-06-21 | Krautkramer-Branson, Inc. | Method and apparatus for receiving ultrasonic waves by optical means |
US4659224A (en) * | 1984-11-28 | 1987-04-21 | Canadian Patents And Development Limited | Optical interferometric reception of ultrasonic energy |
US5080491A (en) * | 1990-01-04 | 1992-01-14 | National Research Council Canada | Laser optical ultarasound detection using two interferometer systems |
-
1998
- 1998-03-09 FR FR9802847A patent/FR2775778B1/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4388832A (en) * | 1980-08-06 | 1983-06-21 | Krautkramer-Branson, Inc. | Method and apparatus for receiving ultrasonic waves by optical means |
US4659224A (en) * | 1984-11-28 | 1987-04-21 | Canadian Patents And Development Limited | Optical interferometric reception of ultrasonic energy |
US5080491A (en) * | 1990-01-04 | 1992-01-14 | National Research Council Canada | Laser optical ultarasound detection using two interferometer systems |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR2775778B1 (en) | 2000-05-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
FR2613065A1 (en) | MICHELSON FIBER OPTIC INTERFEROMETER AND ITS APPLICATION IN PARTICULAR TO TEMPERATURE MEASUREMENT | |
EP0291394A1 (en) | Displacement sensor with recessed optical fibres | |
EP3353502B1 (en) | Measurement system and temperature and/or shape change sensor using brillouin back-reflection analysis | |
WO2017108400A1 (en) | Device and method for measuring height in the presence of thin layers | |
EP0692700A1 (en) | Process and device for measuring the distance and the position of a surface | |
EP0821246A1 (en) | Self-mixing laser velocimeter | |
EP2569593B1 (en) | Device for the optical measurement of a physical parameter | |
FR2694088A1 (en) | Interferometric system for detecting and locating defective reflective structures guiding light. | |
EP0027763A1 (en) | Process and apparatus for measuring distance by laser interferometry with two wavelengths | |
FR2751072A1 (en) | DEVICE AND METHOD FOR PERFORMING INTERFEROMETER MEASUREMENTS | |
WO2012059690A1 (en) | Apolarized interferometric system, and apolarized interferometric measurement system | |
FR2775778A1 (en) | Device for measurement of surface vibration caused by laser light source for testing materials properties | |
FR3076611A1 (en) | Measuring device for monitoring the fill level and performing differential measurements of the optical refractive index | |
EP0007827B1 (en) | Laser gyrometer | |
FR2716722A1 (en) | Interferometric system for detecting and locating defective reflective structures guiding light. | |
FR2761162A1 (en) | Optical Doppler effect speed detection system | |
EP0254601A1 (en) | Device for electrostatic field measurement by an optical method | |
EP1019688A1 (en) | Orrichtung z | |
FR2920538A1 (en) | Amplitude and phase heterodyne detection device for near-field optical microscope, has acousto-optic modulator-based device that is arranged such that wavelength of progressive signal is different from wavelength of laser beam | |
CA2628184C (en) | Accelerometer for measuring vibrations with an optical sensor | |
FR2572805A1 (en) | METHOD FOR MEASURING THE CENTERING OF A CYLINDRICAL BAR IN A TRANSPARENT CYLINDRICAL COATING AND DEVICE FOR IMPLEMENTING SAID METHOD | |
FR2475220A1 (en) | Phase modulation detector for two laser beams - comprises beam splitters providing inputs to differential amplifiers for Doppler velocity meters and Sagnac gyroscopes | |
EP2598834A1 (en) | Interferometric device with extrinsic optical fibre for measuring a physical parameter | |
FR2704651A1 (en) | Diode laser gas detector | |
EP0227509A1 (en) | Stabilization device for the medium wavelength of a wide spectral source, and its use in a fibre gyroscope |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
TP | Transmission of property | ||
ST | Notification of lapse |
Effective date: 20091130 |