FR2849694A1 - Capteur de deviation - Google Patents

Abstract

La présente invention se rapporte à un dispositif de détection de couple et un procédé utilisant des variations de la microstructure d'un guide d'onde optique fixé à la surface d'un élément porteur de contrainte pour mesurer la force de déviation appliquée à l'élément porteur de contrainte. Un signal se propageant par l'intermédiaire du guide d'onde optique est modifié en résultat de forces appliquées à l'élément porteur de contrainte et au guide d'onde optique. Des variations induites dans l'indice de réfraction et des modifications de la valeur de courbure de rayon critique du guide d'onde optique se traduisent par une modulation du signal émis.

Description

CAPTEUR DE DEVIATION

La présente invention se rapporte à des dispositifs de détection de déviation qui mesurent une déviation appliquée à un élément porteur de 5 contrainte, et plus précisément à des procédés et dispositifs pour mesurer une force de déflexion ou déviation appliquée à un élément porteur de contrainte en utilisant un élément de détection à guide d'onde optique.

Une application classique pour des capteurs à semi-conducteurs consiste à traduire des propriétés mécaniques, telles que des contraintes, en io des signaux électriques. Classiquement, des jauges de contrainte examinent la courbure et la torsion d'un substrat en quantifiant des modifications électriques, telles que des niveaux de tension ou de courant, associées à la déformation d'un élément de détection piézorésistif stimulé. Des mesures prises avec des capteurs de ce genre peuvent être utilisées pour surveiller et 15 enregistrer des caractéristiques comportementales pour l'étude ou pour fournir une rétroaction dans des systèmes à boucle fermée. Comme avec de nombreux signaux électriques à bas niveau, des champs électromagnétiques parasites (c'est-à-dire une interférence électromagnétique ou du bruit électrique) peuvent interférer et ainsi corrompre des capteurs à semi20 conducteurs câblés, ce qui rend leurs mesures ambiguÙs. La plupart des procédés pour réaliser des systèmes de détection plus imperméables au bruit ambiant sont centrés classiquement sur des techniques de mise à la terre et de blindage, notamment dans le canal de communication o le signal est transféré à partir de l'élément de détection vers le récepteur. Du bruit entrant à 25 l'élément de détection soi-même plutôt que dans le canal de communication peut être la chose la plus difficile à distinguer et à éliminer de l'information que l'on recherche, puisqu'une amplification précoce (avant l'élément de détection) n'améliore pas le rapport signal-bruit.

Par conséquent, un objectif de la présente invention est de 30 surmonter au moins l'un des inconvénients mentionnés ci-dessus et de les diminuer. Résumé de l'invention Le capteur de déviation ici décrit mesure la contrainte dans un spécimen auquel est impartie une force de déviation, en imposant des 35 modifications correspondantes dans un indice de réfraction de fibre optique tout en exploitant l'immunité vis-à-vis des interférences électromagnétiques (EMI) dont bénéficie généralement le champ de discipline concernant les fibres optiques.

Un objectif de la présente invention est de mettre à disposition un capteur de couple photonique qui mesure la contrainte dans un spécimen 5 auquel est imparti un couple en imposant des modifications correspondantes dans un indice de réfraction de fibre optique tout en exploitant les aspects d'immunité vis-à-vis des interférences électromagnétiques (EMI) dont bénéficie généralement le champ de discipline que sont les fibres optiques.

Un objectif de la présente invention est de mettre à disposition i0 une technique en variante pour détecter des contraintes dans un système mécanique fondé sur l'immunité EMI bien établie des canaux de communication à fibre optique.

Un objectif de la présente invention est de mettre à disposition un canal de communication optique pour des fréquences visibles et non 15 visibles qui est immunisé vis-à-vis de champs électromagnétiques exogènes qui sinon injecteraient du bruit dans le système.

Un autre objectif de la présente invention est de mettre à disposition un procédé de mesure de contrainte perfectionné à développer sur la base de la déformation d'un guide d'onde optique fixé au spécimen porteur 20 de contrainte.

Conformément à la présente invention, un dispositif pour détecter une déviation dans un élément structurel comporte un élément structurel, une guide d'onde fixé à l'élément structurel dans une position relative fixe, un émetteur et un dispositif de réception en communication avec 25 le guide d'onde pour détecter un signal qui est émis par l'intermédiaire de celui-ci, et un dispositif de détection pour effectuer une corrélation du signal modulé détecté avec une déviation de l'élément structurel.

Conformément à un aspect de la présente invention, un dispositif formant capteur de couple photonique, qui détecte un couple appliqué à un 30 élément porteur de contrainte dans un véhicule, comporte un guide d'onde fixé à l'élément porteur de contrainte, dans lequel une déformation du guide d'onde optique mesure le couple appliqué à l'élément porteur de contrainte.

Conformément à un autre aspect de la présente invention, un procédé pour détecter une déviation d'un élément structurel comporte l'étape 35 qui consiste à fixer un guide d'onde en position relative par rapport à un élément structurel, à émettre un signal par l'intermédiaire du guide d'onde et à corréler des différences dans le signal avec une déviation de l'élément structurel. Conformément à un autre aspect de l'invention, celle-ci vise un procédé pour fabriquer un élément de détection qui est immunisé vis-à- vis du 5 bruit, le procédé comportant l'étape qui consiste à former un guide d'onde et à fixer le guide d'onde à l'élément porteur de contrainte.

Suivant un perfectionnement la source LED comporte une source de courant et un oscillateur analogique, et émet le signal transmis par l'intermédiaire d'une première extrémité du guide d'onde.

Suivant un perfectionnement, le guide d'onde est entraîné par une source de lumière laser qui émet le signal émis par l'intermédiaire de la première extrémité du guide d'onde.

Suivant un perfectionnement, le dispositif de réception récupère le signal modulé sortant par une deuxième extrémité du guide d'onde.

Suivant un perfectionnement, le dispositif de réception conditionne et analyse le signal modulé par un dispositif de traitement de signal. Suivant un perfectionnement, une déformation du guide d'onde comporte le fait d'appliquer une contrainte à l'élément structurel.

Suivant un perfectionnement, la déformation du guide d'onde se traduit par une modification d'un angle de réfraction du guide d'onde.

La présente invention se rapporte également à un procédé suivant l'invention dans lequel le véhicule est un moyen de transport autonome en termes d'alimentation en énergie et sur roues.

La Figure I est une vue en perspective d'un élément de détection à fibre optique fixé à un élément porteur de contrainte sous l'effet d'une force à moment de courbure.

La Figure la est une vue de côté d'un guide d'onde fixè à un élément porteur de contrainte sous l'effet de forces en traction ou en 30 compression.

La Figure 2 est une vue d'extrémité d'un élément de détection à fibre optique lié à un élément porteur de contrainte.

La Figure 3 est une vue en perspective d'un câble à fibre optique fixé à un arbre porteur de couple.

La Figure 4 est une vue en perspective d'un manchon à fibre optique fixé à un arbre de portée de couple.

La Figure 5 est un graphique représentant des fronts d'ondes de lumière à l'interface entre deux matières ayant des indices de réfraction différents. La Figure 6 est une vue en coupe transversale d'un câble à fibre optique courbé.

La Figure 7 est une vue en perspective représentant le matériau de gaine et le matériau d'âme du câble à fibre optique.

La Figure 8a est une vue de côté d'un guide d'onde fixé à un élément porteur de contrainte par des dispositifs de fixation mécaniques.

io La Figure 8b est une vue de côté d'un guide d'onde fixé à un élément porteur de contrainte par des techniques d'enfouissage.

La Figure 8c est une vue de côté d'un guide d'onde fixé à un élément porteur de contrainte par des montants.

La Figure 9 est une vue en perspective de multiples câbles à 15 fibre optique hélicodaux fixés à un arbre porteur de couple.

Comme représenté à la Figure 1, la configuration de base du dispositif 100 de mesure de contrainte et du procédé de mesure de contrainte comporte un guide d'onde 110 optique fixé sur un bord à l'élément 120 porteur de contrainte. Le guide d'onde 110 optique transmet des fréquences 20 ultraviolettes, infrarouges et infrarouges lointaines. Les spécialistes de la technique pourront aussi utiliser un guide d'onde qui émet à la fois dans le domaine des fréquences visibles et non visibles ou des ondes de rayonnement électromagnétiques.

L'élément 120 porteur de contrainte peut être une poutre, 25 comme représenté à la Figure 1, ou un arbre 130 porteur de couple, comme illustré à la Figure 3, et présente un certain degré de déformation issue d'une force appliquée. La Figure 1 représente l'élément porteur de contrainte subissant une force de déviation due à un moment de courbure. La Figure la représente l'élément porteur de contrainte subissant une force en déviation, 30 en traction ou compression. La Figure 3, le mode de réalisation préféré, représente l'arbre 130 porteur de couple subissant une force de déviation entraînée par un couple. Le guide d'onde 110 optique peut être un câble 140 à fibre optique, comme illustré à la Figure 3. La Figure 3 illustre un mode de réalisation préféré qui utilise une géométrie qui augmente la quantité de câble 35 140 à fibre optique fixé à la surface de l'arbre 130 porteur de couple et aligne le câble 140 à fibre optique avec le vecteur de contrainte principale de l'arbre porteur de couple. En utilisant l'arbre 130 porteur de couple avec le câble 140 à fibre optique enroulé de manière hélicodale autour de son diamètre extérieur, il est appliqué une force sous la forme d'un couple qui agit pour appliquer une torsion à l'arbre 130 porteur de couple. L'arbre 130 porteur de s couple, ayant un couple qui lui est appliqué, présente des contraintes en traction et compression de principe hélicodales sur sa surface qui sont proportionnelles à l'amplitude du couple.

L'arbre 130 porteur de couple doit être en un matériau élastique ou compliant (c'est-à-dire de l'aluminium) pour des facteurs de rigidité, ainsi 10 qu'avoir des spécifications du diamètre telles qu'un diamètre extérieur plus petit facilite la précharge du guide d'onde 110 optique. La précharge se rapporte à un état initial o le guide d'onde 110 optique est déjà sous une contrainte. La conception d'arbre porteur de couple présente un degré de torsion sur le domaine de couple. L'arbre 130 porteur de couple a une forme iS cylindrique.

La Figure 4 représente un mode de réalisation en variante, o un dispositif 100 de mesure de contrainte utilise un manchon 150 à fibre optique en tant que guide d'onde 110 optique. Le manchon 150 à fibre optique est coaxial par nature avec un intérieur creux permettant à l'arbre 130 porteur de 20 couple d'être positionné à la ligne centrale de concentricité. Cette technique favorise une variation de rotation libre du dispositif 100 de mesure de contrainte en facilitant le lancement et la récupération de signaux optiques par l'intermédiaire de moyens sans contact. Divers modes de réalisation physiques sont possibles en incluant le dépôt direct du matériau optique sur 25 l'arbre 130 porteur de couple sous-jacent, ou des mécanismes de fixation tels que le fait de tirer un manchon en matériau optique sur l'arbre 130 porteur de couple, ou de fixer un manchon 150 optique à l'arbre 130 porteur de couple par l'utilisation d'adhésifs.

Les contraintes en compression et en traction de principe qui se 30 développent le long des deux hélices qui sont à spiralité opposée et mutuellement orthogonales à 450 sont définies par l'équation T = Tr/J o T est le couple appliqué à l'arbre 130, r est le rayon de l'arbre et J est le moment d'inertie polaire. En sachant que 7ur4/32 = J pour un arbre cylindrique 35 plein, et que r = d/2, alors on obtient: T = 16Thdd3 En outre, le degré de torsion subi par l'arbre 130 pour un couple donné est donné par: 0 = 32(LT)/(ird4G) o L est la longueur de l'arbre 130, T est le couple appliqué, d est le diamètre s de l'arbre 130 et G est le module de rigidité de l'arbre 130. Le module de rigidité définit le niveau d'élasticité du matériau d'arbre, ainsi, une valeur de G plus faible se manifeste dans un arbre par un degré de torsion plus élevé pour un couple appliqué donné quelconque.

Le câble 140 à fibre optique peut en fait être fixé en position io relative par rapport à l'arbre 130 afin de transférer de manière prévisible des contraintes de l'arbre 130 à la gaine 160 de câble à fibre optique qui se réfère à la surface extérieure (représentée à la Figure 7) du câble 140 à fibre optique. De manière similaire, l'indice de réfraction du matériau 160 de gaine du câble 140 à fibre optique va changer lorsque les contraintes imposées par 15 le couple modifient sa microstructure. Le signal 170 de transmission non modulé (c'est-à-dire qu'aucun signal de couple n'est présent), de préférence un porteur d'onde photonique, se propage le long du câble 140 à fibre optique conformément à la loi de Snell. Des spécialistes de la technique pourront choisir d'une manière autre d'émettre des signaux de rayonnement 20 électromagnétiques en fonction du guide d'onde 110 optique spécifique utilisé.

La loi de Snell décrit la courbure de la lumière qui apparaît lorsque de la lumière passe à travers l'interface de deux matériaux différents. En se référant à la Figure 5, l'angle suivant lequel la lumière est réfractée (c'est-à-dire courbée pour s'éloigner à partir d'un trajet droit) lorsqu'elle passe à travers 25 l'interface entre deux matériaux de ce genre est lié à l'indice de réfraction de chaque matériau et à l'angle de la lumière incidente par rapport à une ligne normale à l'interface, conformément à la relation n1sin41 = n2sinf2 L'indice de réfraction, n, d'un matériau donné est défini en tant 30 que le rapport de la vitesse suivant laquelle la vitesse se propage à travers ce matériau, v, et de la vitesse à laquelle la lumière se propage dans le vide, c.

n = c/v Ainsi, v=c et n=1 pour un vide. Pour n'importe quel milieu autre que le vide, v est inférieur à c et n sera supérieur à 1. Indiqué d'une autre 35 manière, la vitesse de la lumière est supérieure pour des matériaux plus denses qui se manifestent par des valeurs de n plus faibles. Au fur et à mesure que la lumière ralentit, elle couvre moins de distance pendant une durée donnée, o nl < n2 et la distance b < a. Les distances a et b suivant lesquelles la lumière se propage dans une période de temps donnée t peuvent être décrites en termes de vitesse de la lumière sous la forme de: a =v1t et b=v2t ou, après avoir réarrangé les variables, v = a/t et v2 =b/t Puisque, par définition, n1 = c/v1 et n2 = c/v2, alors après substitution, n1 et n2 peuvent être réécrit sous la forme: 10 n1 = c/[a/t] et n2 = c/[b/t].

En résolvant pour rechercher a et b dans chaque équation, on obtient respectivement: a = ct/n1 et b = ct/n2 A partir du triangle 180 droit de la Figure 5, avec l'hypoténuse 15 ayant une longueur h et un des côtés ayant une longueur a, il est évident à partir de la trigonométrie classique que: a = hsin4l ou h = a/(sinól).

Dans l'autre milieu, le triangle 180 droit ayant un côté de longueur b partage l'hypoténuse avec l'angle droit décrit précédemment et est décrit par: b = hsin42 ou h = b/(sin2).

En combinant les équations précédentes pour h, on obtient: h = a/(sin4l) = b/(sinó2) ou asin42 = bsin4j.

Enfin, en substituant les solutions pour a et b dans l'équation précédente, on produit la formule: [ct/Un]sinó2 = [ct/n2]sinól. En annulant les termes qui sont communs aux deux côtés de l'équation, on simplifie celle-ci pour obtenir: [1/ni]sinC2 = [1/n2]sinól

OU

nfsinfl = n2Sinf2 ce qui est la forme classique de la loi de Snell.

En se référant à la Figure 6, dans le cas du dispositif 100 formant capteur, la vitesse de la lumière est plus lente dans l'âme 190 du 5 câble à fibre optique, à savoir la surface intérieure du câble 140 à fibre optique, que dans la gaine 160, à savoir la surface extérieure du câble 140 à fibre optique, et le rapport entre les deux indices de réfraction est tel que la lumière est totalement réfractée intérieurement.

Il convient, en outre, de noter que la fréquence de la lumière 1o dans le vide, f0, est liée à sa longueur d'onde, X, par la relation fc = c/X.

La constante c est la vitesse de la lumière dans l'espace libre (c'est-à-dire le vide). De manière générale, pour des ondes qui se propagent, la longueur d'onde est: X v/ft ou v = fc2Ceci montre que la vitesse de la lumière, v, est directement proportionnelle à sa longueur d'onde à une fréquence fixée. En termes de 20 l'indice de réfraction, en considérant une fréquence de lumière donnée dans l'espace libre et dans un autre milieu quelconque, l'équation pour n devient: n = c/v = (fcX0)/(f0Xv) = ou n = XJ2V.

Une longueur d'onde de fréquence fc qui se propage à travers l'espace libre à la vitesse c donnant une longueur d'onde Xc est comparée à une onde lumineuse, également de fréquence f., se propageant à travers un autre milieu quelconque autre que l'espace libre à la vitesse v donnant une longueur d'onde Xc, pour produire le rapport n. Une fois que l'onde lumineuse 30 quitte le vide et entre dans le milieu plus dense, sa vitesse diminue au fur et à mesure que sa longueur d'onde croît, pour ainsi conserver sa fréquence non modifiée à f0. Enfin, en combinant n = c/v avec n = X /V, on établit la relation c/v = ou v (XvIX0)c Au fur et à mesure que le signal 170 de transmission se propage dans un milieu, tel qu'un câble 140 à fibre optique, sa vitesse est directement liée à la longueur d'onde du signal 170 de transmission. Plus précisément, plus grande est la longueur d'onde de la lumière, plus rapide celui-ci se propage. L'équation pour la constante D de propagation montre également 5 une diminution du temps de propagation avec une longueur d'onde croissante: = 27rn(l)/X.

L'indice de réfraction est précisé de manière plus précise en fonction de la longueur d'onde de la lumière se propageant.

Par conséquent, la lumière de longueur d'onde plus longue se propage plus vite que de la lumière à longueur d'onde plus courte, et ainsi, si un spectre de lumière est lancé dans un milieu, la longueur d'onde plus longue va atteindre le récepteur 300, de préférence un photorécepteur, en premier. 1 5 En se référant à la Figure 7, l'indice de réfraction d'un matériau est fondé sur sa microstructure et, en tant que tel, l'indice de réfraction subira une influence de toutes modifications de microstructure provenant d'influences imposées par l'extérieur, telles qu'une contrainte induite par un couple qui affecte la densité du matériau 160 de gainage et/ou la densité de l'âme 190. 20 Dans le cas d'un câble 140 à fibre optique, modifier l'indice de réfraction du matériau 160 de gaine en réponse à un paramètre physique extérieur, crée une modulation sous la forme d'atténuation, de modes de perte, d'étalement de spectre ou de dispersion chromatique (ou une combinaison de tous ces états). Par conséquent, si l'angle de réfraction est modifié de manière 25 significative suffisamment par les variations de contrainte liées au couple imparti dans l'indice de réfraction, alors le signal 200 modulé ou de la lumière modulée sortant du câble 140 de fibre va présenter une modification mesurable, et le câble 140 à fibre optique agit en tant qu'élément de détection.

Une courbure de câble affecte les variations liées à la contrainte 30 dans la microstructure du câble 140 à fibre optique et des modifications subséquentes de son indice de réfraction. Une macrocourbure impartit des contraintes dans la microstructure qui sont analogues à celles transmises dans celle-ci pendant une application de détection de couple. En outre, une macrocourbure est utilisée pour précharger le câble 140 dans son état au 35 repos (aucun couple appliqué), afin de rendre l'influence d'un couple imposé plus immédiate et notable. La précharge amène de manière systémique le câble 140 à un point de seuil o des contraintes supplémentaires ont un impact significatif sur la transmission de porteur optique.

Le rayon de courbure minimum, le rayon minimum de courbure ou le rayon de courbure critique précisent la quantité admissible de courbure 5 avant que le signal de sortie ne soit dégradé, de sorte que le nombre de modes propagés chute de 50 %. Comme décrit précédemment, la lumière de différentes fréquences se propage à différentes vitesses, se réfracte de manière différente et ainsi suit des trajets différents au fur et à mesure qu'elle se propage le long du câble 140 à fibre optique. Ces trajets sont appelés des 10 modes et sont caractérisés par la fréquence de la lumière qu'ils transportent.

Des câbles à mode optique unique sont uniquement capables de transporter un mode. Des câbles multimodes transportent plus qu'un mode. Tous les câbles 140 à fibre optique utilisés pour la présente invention sont de type multimodes. En se référant à la Figure 6, le signal 170 de transmission propage normalement de la lumière dans un câble 140 à fibre optique car l'angle de réfraction à l'interface entre l'âme 190 et le matériau 160 de gaine est tel que toute lumière envoyée à une extrémité du câble 140 à fibre optique suivant l'angle correct est réfractée intérieurement en retour le long de l'âme 20 190. Ceci est appelé l'angle critique et crée un état identifié par le terme réfraction interne totale à l'intérieur du câble 140 à fibre optique. Des pertes de rayonnement ont lieu lorsque de la lumière s'échappe de l'état de réfraction interne totale. De la lumière qui est incidente sur l'interface entre le matériau 190 d'âme et le matériau 160 de gaine suivant un angle qui est au-delà de 25 l'angle critique sera réfractée hors de l'âme 190 et dans la gaine 160 o elle sera finalement dissipée.

Le rayon de courbure critique est donné par la formule: Rc, 3n, i2[4nr(n12 - n2)3] On notera que le rayon de courbure critique est une fonction de 30 l'indice de réfraction à la fois du matériau 160 de gaine et du matériau 190 d'âme. Il est également affecté par la longueur d'onde du signal 170 de transmission de propagation, bien que ce paramètre soit maintenu constant par conception. En enveloppant le cadre 140 de fibre optique autour de l'arbre 130 porteur de couple, le câble 140 est amené proche du rayon de courbure 35 minimum, et préchargeant dans les faits le câble 140, de sorte que les contraintes induites par le couple supplémentaire vont rapidement atténuer le signal. Le câble 140 à fibre optique peut comporter de la matière plastique. Cependant, un spécialiste de la technique pourra utiliser un matériau différent, tel que du verre. De manière similaire, le câble 140 à fibre 5 optique comporte un type multimode. Cependant, un spécialiste de la technique peut sélectionner un type différent, tel qu'un monomode.

Avoir le câble 140 à fibre optique monté de sorte qu'il est presque à son rayon de courbure minimum est crucial pour obtenir le niveau le plus élevé de variation du signal (ou la profondeur de modulation la plus 10 élevée) en réponse à la force appliquée à l'arbre 130 porteur de couple sousjacent. Ainsi, la courbure à l'état de repos a lieu en enveloppant le câble 140 à fibre optique autour de l'arbre 130 en plaçant le câble 140 dans un état o il est plus susceptible d'être influencé par des contraintes supplémentaires quelconques. Le câble 140 à fibre optique se fixe autour de l'arbre 130 porteur de couple le long de son hélice. Comme mentionné précédemment, l'hélice à 450 d'un arbre cylindrique plein se trouve là o des contraintes en torsion principale (en compression et en tension) se développent lorsque le couple est appliqué.

Un mode de réalisation suggéré utilise une résine époxy en deux parties qui fixe la fibre 140 optique à l'arbre 130 porteur de couple. La résine époxy en deux parties n'attaque pas le câble 140 à fibre optique et peut être un agent à base de polymercaptan (polythiol), d'amine et de nonylphénol. La fixation du câble 140 à fibre optique à l'arbre 130 porteur de couple n'est pas 25 limitée à des techniques à base de résine époxy. Des spécialistes de la technique en technique de liaison de matériaux pourront utiliser des procédés d'adhésion en variante qui incluent une colle à étape unique ou le chauffage de l'arbre 130, de sorte que le câble 140 à fibre optique fonde directement sur l'arbre 130. La fixation préserve la position en relation entre un élément 120 30 porteur de contrainte et un guide d'onde 110 optique. Un spécialiste de la technique peut fixer l'élément 120 porteur de contrainte au guide 110 d'onde optique par des techniques de liaison, en utilisant des dispositifs de fixation mécaniques, de l'enfouissage de composants ou le moulage de composants, ou en utilisant des montants comme représenté aux Figures 2 et aux Figures 35 8a - 8c. Le mode de réalisation préféré peut utiliser une technique de liaison pour fixer le câble 140 à fibre optique hélicodalement autour de l'arbre 130 porteur de couple.

Un récepteur 300 ayant une photodiode pour récupérer le signal modulé et l'émetteur 310 optique LED (diode électroluminescente) pour émettre un signal 170 de transmission doit également fonctionner à la même 5 longueur d'onde que les câbles 140 à fibre optique individuels. Les câbles 140 à fibre optique sont généralement optimisés pour le spectre de lumière rouge visible ou de la lumière ayant une longueur d'onde de 650 nm. Le récepteur 300 doit, de préférence, ne pas avoir un conditionnement de signal intégral (c'est-à-dire aucune formation d'onde de sortie). Des conditionneurs de signal, io tels que des comparateurs, des portes à déclenchement Schmitt, des filtres et des outils de coupure, vont éliminer la modulation souhaitée. Ainsi, le récepteur 300 peut, de préférence, être linéaire par nature. Un spécialiste de la technique peut utiliser un récepteur numérique avec d'autres moyens de traitement correspondants.

Le câble 140 à fibre optique est attaqué numériquement par un émetteur 310 optique LED classique. Une source de courant et un oscillateur analogique entraînent la source 310 LED. Les spécialistes de la technique peuvent utiliser également une source de lumière laser à la place de la source LED 310.

En se référant à la Figure 8, un mode de réalisation en variante représente une pluralité de câbles 320 à fibre optique hélicodaux enveloppés autour de l'arbre 130 porteur de couple à 45 . La pluralité de câbles 320 à fibre optique hélicodaux sont contigus, apparaissant sous la forme d'un câble à ruban, créant dans les faits un manchon continu qui va permettre d'obtenir 25 une version du dispositif 100 de mesure de contrainte avec un arbre 130 porteur de couple tournant librement et avec une excitation sans contact et une signalisation de sortie. Ce mode de réalisation permet des mesures de vitesse en rotation (en tours par minute) et l'accélération angulaire au fur et à mesure que le signal s'atténue pendant la transition entre la pluralité de 30 câbles 320 à fibre optique contigus. Au fur et à mesure que l'arbre 130 porteur de couple tourne, l'amplitude du signal de sortie ou du signal 200 modulé va diminuer momentanément après que chaque câble de la pluralité de câbles 320 à fibre optique hélicodaux va passer devant le récepteur 300 fixe ou stationnaire. Un conditionnement de signal compare des signaux d'entrée etde sortie. Dans un système de communication, la sortie doit être une reproduction de l'entrée, et ainsi le signal d'entrée (porteur d'onde 170 photonique) et le signal de sortie (signal 200 modulé) doivent être identiques.

Toutes différences peuvent être trouvées en soustrayant le signal d'entrée du signal de sortie et devra être attribué à la distorsion créée par l'émetteur 310 5 optique LED, le récepteur 300 ou le câble 140 à fibre optique. Si le signal de différence change lorsque des contraintes sont imparties à l'arbre 130 porteur de couple, alors la source de la variation proviendra de changements du câble 140 à fibre optique. Par conséquent, le câble 140 à fibre optique détectera les contraintes ou le couple appliqué à l'arbre 130 porteur de couple. Des io procédés de détection de signal en variante, tels qu'une technique à boucle verrouillée en phase ou une analyse de spectre, peuvent être utilisés par un spécialiste de la technique.

La présente invention a été décrite en référence à certains modes de réalisation, mais de nombreuses modifications, altérations et is changements aux modes de réalisation décrits sont possibles, tout en restant dans le domaine de protection de l'invention, qui n'est pas limité aux modes de réalisation décrits et à leurs équivalents.

Claims (67)

REVENDICATIONS

1. Dispositif pour détecter une déviation dans un élément structurel, caractérisé en ce qu'il comporte: un élément (120; 130) structurel un guide (110) d'onde fixé à l'élément structurel dans une position relative fixée; un émetteur et un dispositif (300) de réception en communication avec le guide d'onde pour détecter un signal transmis par l'intermédiaire de 10 celui-ci; et un dispositif de détection pour corréler un signal modulé détecté à une déviation de l'élément structurel.

2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément structurel est une poutre, un arbre (130) cylindrique ou une barre de 15 torsion.

3. Dispositif suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le signal transmis comporte des ondes de fréquence visibles et non visibles.

4. Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé 20 en ce que le signal transmis comporte des ondes photoniques et des ondes de rayonnement électromagnétiques.

5. Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le guide d'onde comporte un câble (140) à fibre optique enveloppé de manière hélicodale à 450 autour de l'élément structurel.

6. Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le guide d'onde comporte une pluralité de câbles (320) à fibre optique hélicodaux, enveloppés de manière hélicodale à 450 autour de l'élément structurel.

7. Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 6, caractérisé 30 en ce que le guide d'onde comporte un manchon (150) à fibre optique enveloppé coaxialement autour de l'élément structurel.

8. Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le guide d'onde (110) est entraîné par l'émetteur comportant un émetteur de rayonnement électromagnétique.

9. Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'émetteur comporte une source (310) LED ou à diode électroluminescente.

10. Dispositif suivant la revendication 9, caractérisé en ce que la source (310) LED comporte une source de courant et un oscillateur analogique, et émet le signal transmis par l'intermédiaire d'une première s extrémité du guide d'onde (110).

11. Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le guide (110) d'onde est entraîné par une source de lumière laser qui émet le signal émis par l'intermédiaire de la première extrémité du guide d'onde.

12. Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que le dispositif (300) de réception récupère le signal modulé sortant par une deuxième extrémité du guide d'onde.

13. Dispositif suivant la revendication 12, caractérisé en ce que le dispositif (300) de réception conditionne et analyse le signal modulé par un 15 dispositif de traitement de signal.

14. Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu'une déformation du guide (110) d'onde comporte le fait d'appliquer une contrainte à l'élément structurel.

15. Dispositif suivant la revendication 14, caractérisé en ce que 20 la contrainte comporte un couple.

16. Dispositif suivant la revendication 15, caractérisé en ce que la déformation du guide (110) d'onde se traduit par une modification d'un angle de réfraction du guide d'onde.

17. Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 16, caractérisé 25 en ce qu'une modulation du signal (170) émis est mesurée par dispersion chromatique, modes de perte et/ou étalement spectral.

18. Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 17, caractérisé en ce que la modulation du signal (170) émis est mesurée par une atténuation du signal émis en fonction d'une force appliquée à une surface extérieure du 30 guide d'onde.

19. Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 18, caractérisé en ce que le guide (110) d'onde est fixé à l'élément structurel en position relative par les techniques de liaison, en utilisant des dispositifs de fixation mécaniques, un enfouissage de composant ou un moulage de composant, 35 et/ou en utilisant des montants.

20. Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 19, caractérisé en ce que le guide (110) d'onde est fondu sur l'élément (120; 130) structurel en chauffant l'élément porteur de contrainte.

21. Dispositif formant capteur de couple photonique qui détecte un couple appliqué à un élément porteur de contrainte dans un véhicule, caractérisé en ce qu'il comporte: un guide (110) d'onde fixé à l'élément porteur (120; 130) de contrainte, une déformation du guide d'onde mesurant le couple appliqué à l'élément porteur de contrainte.

22. Dispositif suivant la revendication 21, caractérisé en ce que 10 le guide (110) d'onde comporte un guide d'onde optique.

23. Dispositif suivant l'une des revendications 21 ou 22, caractérisé en ce que l'élément porteur de contrainte est une poutre (130) , un arbre cylindrique et/ou une barre de torsion.

24. Dispositif suivant l'une des revendications 21 à 23, 15 caractérisé en ce que les guides d'onde comportent un câble (140) à fibre optique enveloppé de manière hélicodale à 450 autour de l'élément porteur de contrainte.

25. Dispositif suivant l'une des revendications 21 à 24, caractérisé en ce que le guide d'onde comporte une pluralité de câbles (320) 20 à fibre optique hélicodaux, enveloppés hélicodalement à 45 autour de l'élément porteur de contrainte.

26. Dispositif suivant l'une des revendications 21 à 25, caractérisé en ce que le guide d'onde comporte un manchon (150) à fibre optique enveloppé coaxialement autour de l'élément porteur de contrainte.

27. Dispositif suivant l'une des revendications 21 à 26, caractérisé en ce que le guide d'onde est entraîné par une source (310) LED comportant une source de courant et un oscillateur analogique.

28. Dispositif suivant la revendication 27, caractérisé en ce que la source (310) LED émet une onde porteuse de photons par l'intermédiaire 30 d'une première extrémité du guide d'onde optique.

29. Dispositif suivant l'une des revendications 21 à 28, caractérisé en ce que le guide (110) d'onde est entraîné par une source de lumière laser qui émet l'onde porteuse de photons par l'intermédiaire de la première extrémité du guide d'onde.

30. Dispositif suivant l'une des revendications 21 à 29, caractérisé en ce qu'un récepteur (300) récupère le signal de transmission modulé sortant par la deuxième extrémité du guide d'onde.

31. Dispositif suivant l'une des revendications 21 à 30, caractérisé en ce que le récepteur (300) conditionne et analyse le signal de transmission modulé par un dispositif de traitement de signal.

32. Dispositif suivant l'une des revendications 21 à 31, caractérisé en ce que la déformation du guide (110) d'onde comporte le fait d'appliquer une contrainte à l'élément porteur de contrainte.

33. Dispositif suivant l'une des revendications 21 à 32, caractérisé en ce que la contrainte comporte un couple.

34. Dispositif suivant l'une des revendications 21 à 33, caractérisé en ce que la déformation du guide (110) d'onde se traduit par une modification d'un angle de réfraction du guide d'onde.

35. Dispositif suivant l'une des revendications 21 à 34, caractérisé en ce que la modulation du signal (170) de transmission est 15 mesurée par une dispersion chromatique, des modes perdus et/ou un étalement spectral.

36. Dispositif suivant l'une des revendications 21 à 35, caractérisé en ce que la modulation du signal de transmission est mesurée par une atténuation du signal (170) de transmission se propageant en fonction 20 d'une force appliquée à une surface extérieure du guide d'onde.

37. Dispositif suivant l'une des revendications 21 à 36, caractérisé en ce que le guide (110) d'onde est fixé à l'élément structurel en position relative par des techniques de liaison, en utilisant des dispositifs de fixation mécaniques, un enfouissage de composant, un moulage de 25 composant et/ou en utilisant des montants.

38. Dispositif suivant l'une des revendications 21 à 37, caractérisé en ce que le guide (110) d'onde est fondu sur l'élément (120; 130) porteur de contrainte en chauffant l'élément porteur de contrainte.

39. Dispositif suivant l'une des revendications 21 à 38, 30 caractérisé en ce qu'un véhicule est un moyen de transport autonome en termes d'alimentation en énergie et sur roues.

40. Procédé pour détecter une déviation d'un élément structurel, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes qui consistent à: fixer un guide (110) d'onde en position relative par rapport à un 35 élément structurel; émettre un signal par l'intermédiaire du guide (110) d'onde; et corréler des différences dans le signal à une déviation de l'élément structurel.

41. Procédé suivant la revendication 40, caractérisé en ce que l'élément structurel est une poutre (130), un arbre cylindrique et/ou une barre de torsion.

42. Procédé suivant la revendication 40 ou 41, caractérisé en ce que le signal comporte des ondes de fréquence dans le visible et le non visible.

43. Procédé suivant l'une des revendications 40 à 42, 10 caractérisé en ce que le signal comporte des ondes photoniques et des ondes à rayonnement électromagnétique.

44. Procédé suivant l'une des revendications 40 à 43, caractérisé en ce que le guide (110) d'onde comporte un câble (140) à fibre optique enroulé hélicodalement à 450 autour de l'élément structurel.

45. Procédé suivant l'une des revendications 40 à 44, caractérisé en ce que le guide (110) d'onde comporte une pluralité de câbles (320) à fibre optique hélicodaux enveloppés hélicodalement à 450 autour de l'élément structurel.

46. Procédé suivant l'une des revendications 40 à 45, 20 caractérisé en ce que le guide (110) d'onde comporte un manchon (150) à fibre optique enveloppé coaxialement autour de l'élément structurel.

47. Procédé suivant l'une des revendications 40 à 46, caractérisé en ce que le guide (110) d'onde est entraîné par l'émetteur comportant un émetteur à rayonnement électromagnétique.

48. Procédé suivant l'une des revendications 40 à 47, caractérisé en ce que l'émetteur comporte une source (310) LED.

49. Emetteur suivant la revendication 48, caractérisé en ce que la source LED comporte une source de courant et un oscillateur analogique et émet le signal en passant par une première extrémité du guide d'onde.

50. Procédé suivant l'une des revendications 40 à 49, caractérisé en ce que le guide (110) d'onde est entraîné par une source de lumière laser qui émet le signal par la première extrémité du guide d'onde.

51. Procédé suivant l'une des revendications 40 à 50, caractérisé en ce que le dispositif (300) de réception récupère le signal 35 modulé sortant par une deuxième extrémité du guide d'onde.

52. Procédé suivant l'une des revendications 40 à 51, caractérisé en ce que le dispositif (300) de réception conditionne et analyse le signal modulé par un dispositif de traitement de signal.

53. Procédé suivant l'une des revendications 40 à 52, caractérisé en ce qu'une déformation du guide (110) d'onde comporte le fait d'appliquer une contrainte à l'élément structurel.

54. Procédé suivant l'une des revendications 40 à 53, caractérisé en ce que la contrainte comporte un couple.

55. Procédé suivant la revendication 54, caractérisé en ce que la déformation du guide (110) d'onde résulte en une modification d'un angle de io réfraction du guide d'onde.

56. Procédé suivant l'une des revendications 40 à 55, caractérisé en ce qu'une modulation du signal (170) est mesurée par une dispersion chromatique, des modes à perte et/ou un étalement spectral.

57. Procédé suivant l'une des revendications 40 à 56, 15 caractérisé en ce que la modulation du signal (170) est mesurée par une atténuation du signal transmis en fonction d'une force appliquée à une surface extérieure du guide d'onde.

58. Procédé suivant l'une des revendications 40 à 57, caractérisé en ce que le guide (110) d'onde est fixé à l'élément (120; 130) 20 structurel en position relative par des techniques de liaison, en utilisant des dispositifs de fixation mécaniques, des enfouissages de composant ou des moulages de composants, et/ou en utilisant des montants.

59. Procédé suivant l'une des revendications 40 à 58, caractérisé en ce que le guide d'onde est fondu sur l'élément structurel en 25 chauffant l'élément porteur de contrainte.

60. Procédé pour fabriquer un élément de détection immunisé vis-à-vis du bruit dans un véhicule, caractérisé en ce que le procédé comporte les étapes qui consistent à: former un guide (110) d'onde; et coupler un guide d'onde à un élément porteur (120; 130) de contrainte.

61. Procédé suivant la revendication 60, caractérisé en ce que l'élément porteur de contrainte est une poutre (130), un arbre cylindrique et/ou une barre de torsion.

62. Procédé suivant l'une des revendications 60 ou 61, caractérisé en ce que le guide (110) d'onde comporte un câble (140) à fibre optique enroulé hélicodalement à 450 autour de l'élément porteur de contrainte.

63. Procédé suivant l'une des revendications 60 à 62, caractérisé en ce que le guide d'onde comporte une pluralité de câbles (320) 5 à fibre optique hélicodaux enveloppés hélicodalement à 450 autour de l'élément porteur de contrainte.

64. Procédé suivant l'une des revendications 60 à 63, caractérisé en ce que le guide d'onde optique comporte un manchon (150) à fibre optique enveloppé coaxialement autour de l'élément porteur de io contrainte.

65. Procédé suivant l'une des revendications 60 à 64, caractérisé en ce que le guide (110) d'onde est fixé à l'élément (120; 130) structurel en position relative par des techniques de liaison, en utilisant des dispositifs de fixation mécaniques, des enfouissages de composant, des 15 moulages de composant, et /ou en utilisant des montants.

66. Procédé suivant l'une des revendications 60 à 65, caractérisé en ce que le guide (110) d'onde est fondu sur l'élément porteur (120; 130) de contrainte en chauffant l'élément porteur de contrainte.

67. Procédé suivant l'une des revendications 60 à 66, 20 caractérisé en ce qu'un véhicule est un moyen de transport autonome en termes d'alimentation en énergie et sur roues.