FR3120763A1 - Répéteur optique - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un répéteur optique (100) comprenant : un circulateur amont (102), prévu pour coupler ledit répéteur (100) à une fibre optique amont (104), un circulateur aval (106), prévu pour coupler ledit répéteur (100) à une fibre optique aval (108), une première branche (110) reliant ledit circulateur amont (102) audit circulateur aval (106) et autorisant le passage d’une onde de mesure dudit circulateur amont (102) vers ledit circulateur aval (106), une deuxième branche (112) reliant ledit circulateur aval (106) audit circulateur amont (102) et autorisant le passage d’une onde rétrodiffusée, dudit circulateur aval (106) vers ledit circulateur amont (102), ladite première branche (110) comprend un modulateur de fréquence (114) agencé pour décaler en fréquence une onde de mesure amont, provenant dudit circulateur amont (102) de sorte à fournir audit circulateur aval (106) une onde mesure aval, de fréquence différente. Figure pour l’abrégé : Fig. 1
Description
La présente invention concerne un répéteur optique utilisé dans des systèmes de mesure optique dans la surveillance des infrastructures, comme la surveillance ferroviaire.
Le domaine de l’invention est le domaine des dispositifs de mesure de vibration utilisant des répéteurs optiques, en particulier dans le domaine ferroviaire.
Etat de la technique
On connaît des dispositifs de mesure de vibration dans des zones à surveiller, telles que le long des voies ferrées.
En particulier, dans le domaine ferroviaire, ces systèmes sont connus sous le nom de système DAS, issu de l’anglais Distributed Acoustic Sensing (DAS) et consistent à utiliser la sensibilité de fibres optiques aux vibrations acoustiques. Le principe consiste à envoyer une onde optique dans une fibre de mesure et d’enregistrer un signal rétrodiffusé de cette onde par les défauts internes de la fibre de mesure. Si la fibre de mesure ne subit aucune vibration, le signal rétrodiffusé est toujours le même. Lorsqu’une vibration atteint la fibre de mesure, elle fait varier le signal rétrodiffusé. L’exploitation du signal rétrodiffusé permet de remonter à la vibration d’un phénomène physique, par exemple le passage d’un train. Dans ces systèmes de mesure, la détection est linéique, et une seule fibre de mesure peut avantageusement remplacer une pluralité de capteurs ponctuels. Cependant, la longueur maximale que peut surveiller le système DAS n’est pas infinie et se limite typiquement à 50 km. Pour pouvoir utiliser le système DAS sur de plus grandes distances de surveillance, des amplificateurs optiques, connus sous le nom de répéteurs optiques, sont utilisés afin d’étendre la distance de surveillance au-delà de 50 kilomètres.
Les répéteurs optiques actuels sont fonctionnels mais posent divers problèmes.
En effet, pour pourvoir enregistrer précisément un phénomène d’intérêt créant des vibrations acoustiques, il est nécessaire d’utiliser des impulsions de mesure comprenant des fréquences d’envoi (aussi appelées fréquences de répétition) élevées. Plus la fréquence d’envoi des impulsions de mesure est élevée, plus le signal vibratoire enregistré, via le signal rétrodiffusé, sera précis car plus échantillonné, et plus les composantes hautes fréquences du signal vibratoire pourront être enregistrées. En effet, la fréquence de répétition des impulsions de mesure va limiter la fréquence maximale détectée du signal vibratoire. Selon la loi de Nyquist / Shannon, la fréquence maximale du signal vibratoire pouvant être enregistrée est égale à la moitié de la fréquence de répétition des impulsions de mesure. Ainsi, si par exemple, le phénomène d’intérêt comprend un phénomène vibratoire qui a une fréquence élevée (i.e. vibrations dans le temps très rapides) et que les impulsions de mesure sont envoyées à une cadence inférieure au double de la fréquence de la vibration de la fréquence de la vibration, alors l’enregistrement obtenu correspondra à un signal qui ne sera pas fidèle à la vibration mais qui sera déformé car les fréquences élevées (maximales) du phénomène vibratoire ne pourront être enregistrées.
Il n’est pas possible d’augmenter de manière arbitraire la fréquence d’envoi des impulsions. La fréquence d’envoi dépend de la longueur de la fibre. En effet, à chaque fois qu’une impulsion est envoyée dans la fibre optique pour générer le signal rétrodiffusé, il est nécessaire d’attendre que l’impulsion ait parcouru toute la fibre et qu’il n’y ait aucun autre signal rétrodiffusé dans la fibre optique dans laquelle la fréquence d’envoi est émise avant d’en envoyer une autre, et ceci pour éviter que les signaux rétrodiffusés générés par deux impulsions successives ne se perturbent.
Il n’est pas possible d’augmenter de manière arbitraire la fréquence d’envoi des impulsions. La fréquence d’envoi dépend de la longueur de la fibre. En effet, à chaque fois qu’une impulsion est envoyée dans la fibre optique pour générer le signal rétrodiffusé, il est nécessaire d’attendre que l’impulsion ait parcouru toute la fibre et qu’il n’y ait aucun autre signal rétrodiffusé dans la fibre optique dans laquelle la fréquence d’envoi est émise avant d’en envoyer une autre, et ceci pour éviter que les signaux rétrodiffusés générés par deux impulsions successives ne se perturbent.
L’invention a pour but de pallier les inconvénients précités.
Notamment, un but de l’invention est de proposer un répéteur optique pouvant travailler avec des fréquences de répétition d’impulsions de mesure élevées.
Un autre but de l’invention est de limiter les interférences entre les signaux du phénomène vibratoire issus de deux impulsions successives.
Un autre but de l’invention est de proposer un répéteur optique permettant d’enregistrer des signaux vibratoires comprenant des fréquences maximales élevées, permettant ainsi d’améliorer la précision du système DAS.
L’invention permet d’atteindre au moins un des buts précités par un répéteur optique comprenant :
- un circulateur, dit amont, prévu pour coupler ledit répéteur à une fibre optique, dite amont,
- un circulateur, dit aval, prévu pour coupler ledit répéteur à une fibre optique, dite aval,
- une première branche reliant ledit circulateur amont audit circulateur aval et autorisant le passage d’une onde optique, dite onde de mesure, dudit circulateur amont vers ledit circulateur aval,
- une deuxième branche reliant ledit circulateur aval audit circulateur amont et autorisant le passage d’une onde optique, dite onde rétrodiffusée, dudit circulateur aval vers ledit circulateur amont.
Le répéteur selon l’invention réalise un décalage en fréquence de l’onde optique de mesure, lorsqu’elle le traverse pour passer de la fibre optique amont à la fibre optique aval. Ainsi, l’onde de mesure aval et l’onde de mesure amont sont de fréquences différentes. Par conséquent, toute onde rétrodiffusée issue de l’onde de mesure aval aura une fréquence différente de l’onde de mesure amont, de sorte que l’onde rétrodiffusée provenant d’une fibre optique aval n’interfère pas avec l’onde rétrodiffusée issue de l’onde de mesure amont circulant dans la fibre optique amont. Le décalage en fréquence du répéteur optique selon l’invention permet donc à une onde optique rétrodiffusée aval de pouvoir circuler en même temps que l’onde rétrodiffusée de mesure amont, sans interférer avec elle. Le décalage en fréquence du répéteur optique selon l’invention permet aussi à une onde optique rétrodiffusée aval de pouvoir circuler en même temps que l’onde de mesure amont, sans interférer avec elle, dans la fibre optique amont.
Le répéteur selon l’invention permet d’utiliser des fréquences de répétition d’impulsion d’onde de mesure élevées. En effet, il n’est pas nécessaire d’attendre un retour de l’onde rétrodiffusée de la fibre aval au niveau de la fibre amont pour envoyer une nouvelle onde de mesure au niveau de ladite fibre amont.
En outre, l’utilisation de fréquences de répétition d’impulsion de mesure élevées permet de capter des fréquences élevées d’un signal vibratoire ce qui permet, pour une distance de mesure donnée, d’améliorer la précision et la bande passante de détection, comparé aux systèmes actuels de l’état de l’art.
Le répéteur optique selon l’invention permet de limiter la détérioration ou la perte du signal vibratoire mesuré.
Le répéteur selon l’invention peut comprendre plusieurs modulateurs réalisant chacun un décalage en fréquence d’une valeur donnée, ladite valeur pouvant être identique ou différente pour deux modulateurs.
Par conséquent, il est possible de combiner plusieurs modulateurs de fréquence pour choisir un décalage fréquentiel souhaité.
Les modulateurs de fréquence peuvent être connectés en série. Dans ce cas, le décalage fréquentiel total est égal à la somme des décalages fréquentiels de chaque modulateur de fréquence.
Le décalage fréquentiel réalisé par chaque modulateur de fréquence peut être compris entre 40MHz à 250 MHz, par exemple égal à 40 MHz, ou 80 MHz, ou 110 MHz, ou 200 MHz, ou 250 MHz.
L’onde de mesure peut être une longueur d’onde infrarouge, par exemple à la longueur d’onde centrale de 850 nanomètres (nm), ou 1300 nm, ou 1310 nm, ou 1500 nm, ou de préférence de 1550 nm. Dans une autre variante, l’onde de mesure peut comprendre une longueur d’onde dans le visible, par exemple à 700 nanomètres ou 600 nanomètres. Dans une autre variante, l’onde de mesure peut comprendre une longueur d’onde dans l’Ultra-Violet.
Le modulateur de fréquence peut comprendre, ou peut être un Modulateur Acousto-Optique (AOM).
Par conséquent, un tel modulateur conserve les propriétés optiques de l’onde lumineuse (ou faisceau lumineux) et limite ainsi sa dégradation lors de son parcours dans ledit répéteur selon l’invention.
Dans une variante, le modulateur de fréquence peut comprendre un modulateur électro-optique tel qu’un modulateur Mach-Zehnder en silicium.
Le modulateur acousto-optique peut être agencé pour assurer un décalage constant. Ce décalage constant peut être fixé au moment de la fabrication du modulateur acousto-optique.
Le répéteur selon l’invention peut comprendre un driver agencé pour commander un mode de fonctionnement de l’au moins un modulateur de fréquence.
Le mode de fonctionnement du modulateur de fréquence peut comprendre un mode continu et/ou un mode impulsionnel.
Un tel agencement permet de contrôler le mode de fonctionnement du modulateur de fréquence.
Lorsque le driver commande le mode impulsionnel du modulateur de fréquence, le driver peut être agencé pour :
- former des impulsions à la sortie du modulateur de fréquence, soit des impulsions aval, même si l’onde amont est continue (i.e. onde à l’entrée du modulateur de fréquence), et
- ajuster la largeur des impulsions aval et les fréquences de répétition des impulsions aval en sortie du modulateur de fréquence.
Le driver peut aussi mettre le modulateur de fréquence en mode continu. Dans ce cas il n’y a pas de modification sur la forme ou la fréquence de répétition des impulsions amont. De préférence, le driver est réglé pour commander le mode continu.
. Le driver peut fournir un signal Radio-Fréquence (ayant la fréquence de décalage précisée par le fabricant) à une puissance donnée afin de générer le décalage fréquentiel du modulateur de fréquence.
Le driver peut contrôler plusieurs modulateurs de fréquence, de préférence lorsque le décalage en fréquence réalisé par ces modulateurs de fréquence est identique. Cela permet notamment d’éviter une consommation élevée du courant électrique alimentant le driver et les modulateurs de fréquence.
Le répéteur optique selon l’invention peut comprendre plusieurs drivers, de préférence lorsque le décalage en fréquence réalisé par ces modulateurs de fréquence est différent.
Le modulateur de fréquence selon l’invention peut être ajustable de sorte à ajuster le décalage en fréquence qu’il applique à l’onde de mesure amont.
L’ajustement du décalage peut être réalisé de manière continue. Alternativement, l’ajustement du décalage peut être réalisé de manière discrète selon un pas donné, ou par sélection d’une valeur donnée parmi une pluralité de valeurs prédéterminées et mémorisées dans le répéteur selon l’invention.
Dans une variante, le modulateur de fréquence ajustable peut être sous la forme d’un peigne optique (peigne de fréquence) accordable à l'aide d’au moins un modulateur électro-optique, par exemple avec un modulateur Mach-Zehnder en silicium. A titre d'exemple non limitatif, le peigne optique peut comprendre 12 raies distantes de 100 MHz. En outre, cette variante peut comprendre un maintien de polarisation de l’au moins un modulateur électro-optique.
Cependant, cette variante peut être plus complexe et plus encombrante comparée à l’utilisation d’un modulateur de fréquence de type AOM dans le répéteur optique selon l’invention.
Le modulateur de fréquence peut être agencé pour décaler positivement et/ou négativement la fréquence de l’onde de mesure amont.
Ainsi, chaque modulateur de fréquence peut réaliser un décalage positif et/ou négatif.
Par conséquent, il est possible de moduler, en fonction du besoin, le décalage en fréquence de manière positive ou négative. Le répéteur optique selon l’invention permet ainsi de réaliser des décalages multi-fréquentiels.
Le répéteur optique selon l’invention peut comprendre plusieurs modulateurs de fréquence connectés en série.
Le décalage en fréquence par chaque modulateur de fréquence peut être différent et/ou similaire.
Un tel répéteur permet de moduler de manière plus précise le décalage en fréquence à réaliser.
De manière non limitative, par décalage en fréquence différent ou décalage fréquentiel différent, on entend un décalage en fréquence ou un décalage fréquentiel de valeur absolue différente et/ou de signe opposé.
Ainsi, le répéteur optique selon l’invention peut comprendre des combinaisons de modulateurs de fréquence ayant des décalages fréquentiels différents.
La première branche du répéteur selon l’invention peut comprendre un premier amplificateur d’onde optique. Ce premier amplificateur permet d’amplifier au moins une onde optique parcourant la première branche, et en particulier l’onde de mesure amont ou l’onde de mesure aval.
Ainsi, le dispositif selon l’invention peut augmenter la longueur de détection de mesure sans diminuer la fréquence maximale de la bande passante acoustique du signal vibratoire. En effet, dans l’état de l’art connu, augmenter la portée de la détection implique de diviser la fréquence de répétition des impulsions de mesure proportionnellement à l’augmentation de la portée, ce qui implique aussi une diminution (proportionnelle) de la fréquence maximale pouvant être détectée. Le dispositif selon l’invention permet de pallier cet inconvénient.
La portée de la détection peut dépendre de la longueur des fibres optiques amont et aval. Chaque fibre optique peut avoir une portée similaire, c’est-à-dire comprenant une longueur de fibre identique ou une portée différente.
Le dispositif selon l’invention permet ainsi une augmentation de la longueur maximale de détection du système sans détériorer le signal vibratoire mesuré et sans perdre une partie de sa bande passante.
Le répéteur optique selon l’invention possède donc deux caractéristiques : une première lui permettant d’amplifier une onde lumineuse et une seconde lui permettant de réaliser des décalages multi-fréquentiels.
Le modulateur de fréquence est de préférence positionné après le premier amplificateur.
Le modulateur de fréquence peut être agencé pour éliminer un bruit dans une onde optique parcourant ladite première branche.
La deuxième branche peut comprendre un deuxième amplificateur d’onde optique. Ce deuxième amplificateur permet d’amplifier au moins une onde optique parcourant la deuxième branche, et en particulier au moins une onde optique rétrodiffusée provenant de la fibre optique aval.
Chaque amplificateur peut être agencé pour amplifier la puissance de l’onde optique entrant dans ledit amplificateur (par exemple l’onde amont ou l’onde rétrodiffusée) en conservant ses propriétés spectrales, en particulier sa polarisation, sa longueur d'onde et sa forme transverse. Ainsi, La détérioration de l’onde optique en sortie de chaque amplificateur est limitée.
Le premier amplificateur optique et le deuxième amplificateur optique peuvent être similaires ou différents.
Le premier amplificateur et le deuxième amplificateur permettent de limiter les pertes linéiques introduites par les fibres optiques, par exemple les fibres optiques amont et aval.
Le premier amplificateur et le deuxième amplificateur permettent de limiter les pertes linéiques introduites par les fibres optiques, par exemple les fibres optiques amont et aval.
Le premier et deuxième amplificateur, et le driver peuvent être des composants actifs. Ils peuvent ainsi être alimentés par des sources ou alimentations électriques Courant Continu (DC) et/ou Courant Alternatif (AC). L’alimentation de chaque composant actif peut être similaire ou différente pour tous les composants. Le ou les alimentations des composants actifs peuvent être externes audit répéteur ou appartenant au répéteur optique selon l’invention.
Par exemple, le premier et deuxième amplificateurs optiques peuvent être alimentés par une source commune délivrant un signal électrique alternatif. Le driver peut être alimenté par une source commune délivrant un signal électrique continu.
Chaque amplificateur peut être, de préférence, positionné avant un modulateur de fréquence ou après un modulateur de fréquence.
La deuxième branche peut comprendre un filtre optique pour éliminer un bruit dans une onde optique parcourant ladite deuxième branche.
Ainsi, le répéteur selon l’invention permet d’éliminer, par exemple, le bruit additif introduit par le deuxième amplificateur. L’onde optique rétrodiffusée, qui sera étudiée, sera donc moins déformée. Par conséquent les informations extraites à partir de l’onde optique rétrodiffusée seront plus fiables et plus précises.
Le filtre optique peut être un élément passif, c’est-à-dire qui ne nécessite pas d’être alimenté.
Selon un autre aspect de l’invention, il est proposé un système de mesure optique comprenant :
- un dispositif de mesure optique comprenant une source émettant au moins une onde optique, dite de mesure, et un capteur d’onde(s) rétrodiffusée(s), et
- une première fibre optique, dite première fibre optique de mesure, reliée audit dispositif de mesure, et
- une fibre optique, dite deuxième fibre optique de mesure, et
- un répéteur selon l’invention disposé entre ladite deuxième fibre optique de mesure et, ladite première fibre optique de mesure, ou la deuxième fibre optique de mesure d’un bloc capteur précédent.
Le système selon l’invention permet de proposer un système de mesure de vibration pouvant contenir une multitude de répéteurs selon l’invention.
Ainsi, chaque bloc capteur permet d’étendre la zone de détection dudit système de mesure optique tout en conservant les avantages procurés par le ou les répéteurs optiques selon l’invention.
Ainsi, un tel système permet de couvrir des zones/distances de détection plus grandes. La portée de détection est donc augmentée sans pour autant perdre en qualité de mesure car notamment les hautes fréquences du signal vibratoire que l’on cherche à mesurer sont conservées, la bande passante n’est pas diminuée même avec une augmentation significative de la portée de détection et les ondes de fréquences d’impulsions élevées peuvent être utilisées sans pour autant avoir une perturbation des signaux circulant au sein même du système selon l’invention.
Les ondes de mesure et/ou les ondes aval et/ou les ondes amont peuvent être commandées de manière manuelle ou par un moyen de commande contrôlé par un appareil électronique ou informatique.
Les paramètres contrôlés peuvent être :
- les largeurs des impulsions émises à travers les fibres amont et/ou aval, et/ou
- leurs fréquences de répétitions.
Ces paramètres peuvent être contrôlés au niveau d’un système DAS lors de la formation de l’impulsion.
La source d’onde optique peut être multifréquences, ou de préférence mono-fréquence. La source d’onde optique peut être commandée manuellement ou par un moyen de commande pour régler les largeurs des impulsions émises et/ou leurs fréquences de répétition. La source d’onde optique peut présenter une largeur de raie inférieure ou égale à 1 kilo Hertz centrée sur la fréquence centrale d’émission.
Le système selon l’invention peut donc détecter plusieurs événements créant des vibrations dans la zone de détection.
Les évènements vibratoires peuvent se produire simultanément ou à des moments différents. Dans ce cas, le système peut enregistrer un seul signal rétrodiffusé pour chaque fibre amont ou aval. L’enveloppe de ce signal rétrodiffusé pour chaque fibre amont ou aval varie localement si une vibration se produit à une position donnée. La vibration n’impacte pas la fréquence optique du signal rétrodiffusé mais génère des variations localisées sur l’amplitude et phase instantanés du signal rétrodiffusé.
Si les deux événements vibratoires se trouvent à une distance très proche et se produisent simultanément, le système selon l’invention est capable de les distinguer car les impulsions optiques amont ou aval peuvent être réglées pour être suffisamment étroites (i.e. résolution très élevée), par exemple avec le driver des répéteurs optiques et/ou avec le contrôle de la source optique du dispositif de mesure, pour bien les séparer localement.
Le système selon l’invention peut comprendre plusieurs blocs capteurs reliés en série les uns aux autres. Dans ce cas, au moins un bloc capteur peut comprendre un répéteur identique ou différent du répéteur d’au moins un autre bloc capteur.
Ainsi, il est possible de combiner plusieurs blocs capteurs différents, par exemple certains pouvant réaliser un décalage en fréquence positif et d’autres pouvant réaliser un décalage en fréquence négatif.
Par conséquent, même si le système de mesure optique comprend une multitude de blocs capteurs impliquant chacun un déphasage, il est possible de conserver la même bande passante du système de mesure optique actuel.
Ainsi la portée de détection est augmentée par ajout de chaque bloc capteur supplémentaire tout en conservant la bande passante de détection du système de mesure selon l’invention.
Selon un autre aspect de l’invention, il est proposé une voie ferrée comprenant au moins un système de mesure optique selon l’invention.
Le système de mesure optique peut être adapté à couvrir une zone de détection supérieure à 50 kilomètres (km), de préférence supérieure à 100 kilomètres.
Le système de mesure optique peut aussi être utilisé pour augmenter la bande passante du signal vibratoire détecté pour une zone de détection de longueur donnée.
Le système de mesure permet aussi d’augmenter la zone de détection sans détériorer la bande passante du signal vibratoire.
D’autres avantages et caractéristiques apparaîtront à l’examen de la description détaillée d’un mode de réalisation nullement limitatif, et des dessins annexés sur lesquels :
La est une représentation schématique d’un premier exemple de réalisation non limitatif d’un répéteur optique selon l’invention ;
La est une première représentation schématique d’un autre exemple de réalisation non limitatif d’un répéteur optique selon l’invention ;
La est une représentation schématique d’un autre exemple de réalisation non limitatif d’un répéteur optique selon l’invention ;
La est une représentation schématique d’un autre exemple de réalisation non limitatif d’un répéteur optique selon l’invention ;
La est une représentation d’un exemple d’un système de mesure optique comprenant au moins deux répéteurs optiques selon l’invention ;
La est une représentation d’un autre exemple d’un système de mesure optique.
Description détaillée des figures
Il est bien entendu que les modes de réalisation qui seront décrits dans la suite ne sont nullement limitatifs. On pourra notamment imaginer des variantes de l’invention ne comprenant qu’une sélection de caractéristiques décrites par la suite isolées des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l’invention par rapport à l’état de la technique antérieure. Cette sélection comprend au moins une caractéristique de préférence fonctionnelle sans détail structurel, ou avec seulement une partie des détails structurels si cette partie uniquement est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l’invention par rapport à l’état de la technique antérieure.
En particulier toutes les variantes et tous les modes de réalisation décrits sont combinables entre eux si rien ne s’oppose à cette combinaison sur le plan technique.
Sur les figures, les éléments communs à plusieurs figures conservent la même référence.
La est une représentation schématique d’un premier exemple de réalisation non limitatif d’un répéteur optique 100 selon l’invention.
Le répéteur optique 100 est, de manière non limitative, un dispositif fibré, c’est-à-dire que l’ensemble des composants optiques du répéteur optique 100 sont connectés entres eux par des fibres optiques.
Le répéteur optique 100 comprend :
- un circulateur 102, dit circulateur amont 102, connecté à une fibre optique 104, dite fibre optique amont 104,
- un circulateur 106, dit circulateur aval 106, connecté à une fibre optique 108, dite fibre optique aval 108,
- une première branche 110 reliant ledit circulateur amont 102 audit circulateur aval 106 et autorisant le passage d’une onde optique A0, dite onde de mesure amont A0, dudit circulateur amont 102 vers ledit circulateur aval 106,
- une deuxième branche 112 reliant ledit circulateur aval 106 audit circulateur amont 102 et autorisant le passage d’une onde optique A1diff, dite onde rétrodiffusée A1diff, dudit circulateur aval 106 vers ledit circulateur amont 102.
L’onde de mesure A0 provient de la fibre optique amont 104.
La première branche du répéteur optique 100 comprend un modulateur de fréquence 114. Le modulateur de fréquence 114 est agencé pour décaler en fréquence l’onde de mesure amont, provenant dudit circulateur amont 102 de sorte à fournir audit circulateur aval 106 une onde optique de mesure, dite onde de mesure aval, de fréquence différente.
De manière alternative, la première branche du répéteur optique 100 comprend aussi un premier amplificateur optique 118. De préférence, le premier amplificateur optique 118 est positionné avant le modulateur de fréquence 114.
Dans le répéteur optique 100 illustré en , le premier amplificateur optique 118 est connecté à une première extrémité au circulateur amont 102 et à une deuxième extrémité au modulateur de fréquence 114. Le modulateur de fréquence 114 est connecté au premier amplificateur 118 à une première extrémité et au circulateur aval 106 à une seconde extrémité.
L’amplificateur optique 118 est agencé pour amplifier l’onde de mesure A0 provenant du circulateur amont 102 avant de la transmettre au modulateur de fréquence 114.
On appelle onde de mesure amont, l’onde à l’entrée du modulateur de fréquence 114, soit une onde possédant la même fréquence optique que l’onde circulant dans la fibre amont 104.
De manière similaire, on appelle onde de mesure aval, l’onde à la sortie du modulateur de fréquence 114, soit une onde possédant une fréquence différente à l’onde circulant dans la fibre optique amont 104.
Ainsi, dans le répéteur optique 100 illustré en , on considère que l’onde de mesure A0 et l’onde de mesure amont sont confondues.
L’onde de mesure amont A0 comprend une fréquence optique f0. L’onde amont est une impulsion optique.
L’onde de mesure amont A0 arrive dans le répéteur optique 100 par le circulateur amont 102 via la fibre optique amont 104. L’onde de mesure amont A0 circule ensuite dans la première branche 110 du répéteur optique 100 en passant dans l’amplificateur optique 118 pour amplifier l’onde de mesure amont A0. L’onde de mesure amont A0 amplifiée est ensuite transmise au modulateur de fréquence 114 qui va réaliser un décalage en fréquence Δf de la fréquence f0 de l’onde de mesure amont A0 amplifiée, par exemple de 110 Mégahertz (MHz). L’onde à la sortie du modulateur de fréquence 114 sera donc de fréquence f1= f0 + Δf.
En sortie du modulateur de fréquence 114, l’onde décalée en fréquence, appelée onde aval A0shift, va ensuite atteindre le circulateur aval 106 pour être transmise à la seconde fibre optique 108.
Dans la fibre optique aval 108, l’onde de mesure aval A0shiftva rencontrer des défauts structurels internes à la fibre optique aval 108. Ainsi, une partie de l’onde optique aval A0shiftva :
- être transmise selon une onde, nommée dans la suite onde transmise A1. L’onde transmise A1 va continuer sa propagation dans la fibre optique aval 108, et
- une seconde partie va être rétrodiffusée par les défauts structurels compris dans la fibre optique aval 108 et va repartir en direction du circulateur aval 106.
L’onde rétrodiffusée de l’onde transmise A1 est notée A1diff. L’onde rétrodiffusée A1diffest donc obtenue par rétrodiffusion de l’onde aval A0shift, en sortie du modulateur de fréquence 114, dans la fibre optique aval 108. L’onde rétrodiffusée A1diffcircule en sens opposé de l’onde aval A0shift. L’onde rétrodiffusée A1diffpasse ensuite dans le circulateur aval 106 et dans la seconde branche 112 du répéteur optique 100 avant d’atteindre le circulateur amont 102. L’onde rétrodiffusée A1diff passe ensuite dans la fibre optique amont 104.
Ainsi, l’onde rétrodiffusée A1diffcircule dans un sens opposé à l’onde de mesure amont A0 et l’onde de mesure aval A0shift. L’onde rétrodiffusée A1diffcircule dans une branche du répéteur optique 100 différente de celle dans laquelle circule l’onde de mesure amont A0.
Dans une variante non illustrée en , l’onde de mesure A0 provenant de la fibre optique amont 104 peut rencontrer des défauts structurels compris dans la fibre optique amont 104 et donc une partie de cette onde peut être rétrodiffusée. Comme l’onde rétrodiffusée issu de l’onde de mesure A0 n’aura pas la même fréquence que l’onde rétrodiffusée A1diff, les deux ondes rétrodiffusées ne pourrons pas interférer entres elles.
L’onde rétrodiffusée A1diffpeut comprendre une onde de Raman ou de Brillouin, de préférence une onde de Rayleigh. Par « onde rétrodiffusée » équivalent au terme anglais « backscatter », on entend une onde issue du phénomène de diffusion de la lumière.
Suivant un exemple de réalisation non limitatif, l’onde de mesure amont A0 peut être une onde optique infrarouge, par exemple à la longueur d’onde centrale de 1550 nanomètres (nm), soit une fréquence f0 d'environ 193,5 THz (fréquence optique de l’onde de mesure amont A0 donnée suivant le spectre électromagnétique). L’onde de mesure amont A0 est une impulsion laser.
Le premier amplificateur 118 du répéteur optique 100 est agencé pour amplifier la puissance de l’onde de mesure A0 en conservant ses propriétés spectrales, en particulier sa polarisation, sa longueur d'onde et sa forme transverse.
Ainsi, l’onde rétrodiffusée A1diffest une onde optique infrarouge, décalée en fréquence de l’onde de mesure amont A0 de 110 Mégahertz (Δf = 110 Mégahertz, f1= f0 +Δf).
Le gain du premier amplificateur 118 est compris entre 10 décibels (dB) et 50 décibels (dB). Le premier amplificateur 118 comprend par exemple une largeur de bande d’amplification de 85 nm centrée autour de la longueur d'onde de l’onde de mesure A0, soit 1550 nm.
Le modulateur de fréquence peut comprendre un taux d’extinction élevé (environ 50 décibels (dB)) autour de la longueur d’onde utile (1550 nm) de manière à supprimer le bruit additif amplifié large spectre du premier amplificateur optique 118.
Par conséquent, le modulateur de fréquence est agencé pour limiter le bruit introduit par l’amplification de l’onde de mesure A0. Par conséquent, la dégradation de l’onde lumineuse est réduite.
Le premier amplificateur optique 118 peut être un Amplificateur Optique Dopé Erbium (EDFA). De cette manière, la longueur de la fibre aval 108 peut être plus importante, ce qui augmente la portée de détection. Le modulateur de fréquence 114 peut comprendre un modulateur acousto-optique.
De manière non limitative, le premier amplificateur 118 et le modulateur de fréquence 114 peuvent être alimentés par une source d’énergie externe audit répéteur.
La est une première représentation schématique d’un second exemple de réalisation non limitation d’un répéteur 200 selon l’invention.
Le répéteur optique 200 comprend les mêmes éléments du répéteur optique 100 de la .
Le répéteur optique 200 de la comprend en plus un deuxième amplificateur optique 202. Le deuxième amplificateur optique 202 peut être actif. De manière non limitative, il est alimenté par la même source d’énergie agencée pour alimenter le premier amplificateur optique 118, ladite source étant externe audit répéteur 200.
Le deuxième amplificateur optique 202 est agencé pour amplifier l’onde rétrodiffusée A1diffen sortie du circulateur aval 106.
De manière optionnelle, le répéteur optique 200 de la comprend aussi un filtre optique 204. Le deuxième amplificateur 202 et le filtre optique 204 sont tous les deux positionnés dans la seconde branche 112 du répéteur optique 200.
Le filtre optique 204 est de préférence positionné en sortie du deuxième amplificateur optique 202.
Dans le répéteur optique 200 illustré en , le deuxième amplificateur optique 202 est connecté au circulateur aval 106 et au filtre optique 204. Le filtre optique 204 est positionné entre le deuxième amplificateur optique 202 et le circulateur amont 102.
De cette manière, le filtre optique 204 est agencé pour éliminer un bruit dans l’onde rétrodiffusée A1diffparcourant ladite deuxième branche 112.
Le filtre optique 204 est centré sur la longueur d’onde utile, qui est dans le cas considéré à 1550 nanomètres.
Le premier amplificateur optique 118 et le deuxième amplificateur optique 202 sont chacun un Amplificateur Optique Dopé Erbium (EDFA). Ainsi, le premier et deuxième amplificateur optique 118, 202 peuvent être similaires. Dans ce cas, ils peuvent posséder un même gain d’amplification.
Dans une variante non illustrée, le premier et deuxième amplificateur optique 118, 202 sont différents.
La est une représentation schématique d’un troisième exemple de réalisation non limitation d’un répéteur 300 selon l’invention.
Le répéteur optique 300 comprend les mêmes éléments du répéteur optique 200 de la .
Toutefois, le filtre optique 204 de la est intégré au deuxième amplificateur optique 202 de la pour former un seul composant 302 agencé pour à la fois amplifier l’onde rétrodiffusée et débruiter cette onde amplifiée. Dans ce cas, le composant 302 peut être fait sur mesure de manière à choisir ou adapter l’amplification et/ou le filtrage réalisé par le composant 302.
Le répéteur optique 300 de la comprend une première alimentation électrique 304 composée d’une seule source électrique 304 agencée pour alimenter en tension le premier amplificateur 118 et le composant 302. La première alimentation électrique 304 est de type 220 volts (V) alternatif (AC).
Le répéteur optique 300 de la comprend en outre une deuxième alimentation électrique 306 comprenant deux sources d’énergie délivrant pour une première (non illustrée), une tension continue (DC) de 4 volts, et pour une seconde une tension continue (DC) de 24 volts (non illustrée). Le répéteur optique 300 comprend en outre un driver 308 alimenté par la deuxième alimentation électrique 306, soit par la première et seconde source de la deuxième alimentation électrique 306.
Le répéteur optique 300 peut comprendre un driver 308. Le driver peut commander un fonctionnement continu ou impulsionnel du modulateur de fréquence 114. La largeur de bande de l’impulsion aval et la forme de l’impulsion aval est donc contrôlée par le driver 308. Le driver 308 illustré en commande le modulateur optique 114 en mode continu.
La est une représentation schématique d’un quatrième exemple de réalisation non limitation d’un répéteur 400 selon l’invention.
Le répéteur optique 400 comprend les mêmes éléments du répéteur optique 300 de la mis à part que le second amplificateur 202 et le filtre optique 204 sont deux composants distincts, comme illustré en .
De manière non limitative, le répéteur optique 400 illustré en comprend trois modulateurs de fréquence 114 connectés en série dans la première branche 110.
A titre non limitatif, les trois modulateurs de fréquence 114 sont contrôlés chacune par un driver 308. Dans une variante non illustrée, le répéteur optique 400 peut comprendre un driver contrôlant l’ensemble des modulateurs de fréquence 114 du répéteur 400.
Un premier modulateur de fréquence 114a positionné directement après le premier amplificateur optique 118 et agencé pour réaliser, par exemple, un décalage en fréquence Δfapositif de 80 MHz, de sorte que Δfa= 80 MHz.
Un second modulateur de fréquence 114b positionné après le premier modulateur de fréquence 114a et agencé pour réaliser, par exemple, un décalage en fréquence Δfbpositif de 40 MHz, de sorte que Δfb= 40 MHz.
Un troisième modulateur de fréquence 114c positionné après le second modulateur de fréquence 114b et agencé pour réaliser, par exemple, un décalage en fréquence Δfcnégatif de 110 MHz, de sorte que Δfc= - 110 MHz.
Ainsi, dans cet exemple non limitatif, l’onde aval de fréquence f1, en sortie du troisième modulateur de fréquence 114c, est égale à :
f1= f0 + Δfa+ Δfb+ Δfc= f0 + 80 MHz + 40 MHz – 110 MHz = f0 + 10 MHz.
f1= f0 + Δfa+ Δfb+ Δfc= f0 + 80 MHz + 40 MHz – 110 MHz = f0 + 10 MHz.
Le répéteur optique 400 illustré en comprend donc plusieurs modulateurs de fréquence 114 pouvant chacun réaliser un décalage en fréquence différent, notamment de signe différent. Le répéteur optique 400 peut donc régler de manière précise le décalage en fréquence à réaliser.
La est une représentation d’un premier système de mesure optique 500.
Le système de mesure optique 500 est agencé pour être positionné le long d’une voie ferrée (non illustrée), sur toute sa longueur. Par exemple, la voie ferrée peut être de 200 kilomètres (Km).
Le système de mesure optique 500 comprend au moins deux répéteurs optiques 200 selon le second exemple et un dispositif de mesure optique 502.
Le dispositif de mesure optique 502 comprend une source d’onde optique de mesure (non illustrée) et un capteur d’onde(s) rétrodiffusée(s) (non illustré). En particulier le dispositif de mesure optique 502 est un dispositif de mesure de vibration connu sous le nom de système DAS, issu de l’anglais Distributed Acoustic Sensing (DAS).
La source d’onde optique du dispositif de mesure optique 502 de la est un laser. Le laser peut être un laser à semi-conducteur ou un laser à fibre. Le laser à semi-conducteur est par exemple une diode laser. La source d’onde optique est agencée pour émettre l’onde de mesure amont A0 dans la bande de fréquences infrarouge, notamment à la longueur d’onde centrale de 1550 nanomètres (nm), soit une fréquence d'environ 193,5 THz.
La fréquence d’envoi des impulsions des ondes de mesure A0 émises par le dispositif de mesure 502 peut se situer entre 1 et 5 kHz, par exemple elle est de 4 kHz. La fréquence d’envoi des impulsions choisie est fonction du signal vibratoire que l’on souhaite enregistrer. Par conséquent, la fréquence d’envoi peut, en fonction de l’utilisation du système de mesure 500 et des fréquences vibratoires d’intérêts, être supérieure à 5 kHz.
La source d’onde optique est mono-fréquence. Par exemple, elle présente une largeur de raie laser inférieure ou égale à 1 kHz, et une puissance moyenne de l'ordre d’une dizaine de milliwatts.
De manière non limitative, la source d’onde optique du système de mesure optique 500 comprend une largeur de raie d’environ 30 Hz centrée sur la fréquence centrale d’émission, qui est de 193, 5 THz.
Le système de mesure optique 500 comprend en outre une première fibre optique 504, dite première fibre optique de mesure, reliée audit dispositif de mesure 502.
Le système de mesure optique 500 comprend aussi :
- un premier bloc capteur 501, comprenant une seconde fibre optique 508 du premier bloc capteur 501, dite seconde fibre optique de mesure connectée à un premier répéteur 200a.
- un second bloc capteur 503, comprenant une seconde fibre optique 510 du second bloc capteur 503 connectée à un second répéteur 200b.
Le premier répéteur 200a du premier bloc capteur 501 est connecté en série au second répéteur 200b du second bloc capteur 503 par la seconde fibre optique de mesure 508 du premier bloc capteur 501.
Ainsi, le premier répéteur du premier bloc capteur 501 est directement connecté à la première fibre optique de mesure 504 alors que le répéteur du second bloc capteur 503 est connecté à la seconde fibre de mesure 508 du premier bloc capteur 501.
Dans une première variante, le premier répéteur 200a et le second répéteur 200b sont identiques. En ce sens, le premier répéteur 200a et le second répéteur 200b comprennent les mêmes éléments optiques et/ou réalisent un décalage en fréquence similaire.
Le système de mesure optique 500 illustré en comprend donc deux blocs capteurs 501, 503 comprenant chacun deux répéteurs optiques 200a, 200b. Chacun des répéteurs 200a et 200b est agencé sous forme d’une boucle via deux circulateurs, un circulateur amont 102 et un circulateur aval 106. La première branche 110 de chaque circulateur est agencée pour transmettre les impulsions émises par le dispositif de mesure DAS 502 dans un premier sens, notamment dans un sens de propagation similaire à l’onde de mesure A0.
La seconde branche 112 de chaque circulateur est agencée pour recevoir les signaux rétrodiffusés dans un second sens, opposé au sens de propagation de l’onde de mesure A0.
De manière optionnelle, les répéteurs optiques 200a et 200b illustrés en peuvent chacun comprendre :
- la première alimentation électrique 304 (non illustrée en FIGURE 5), alimentant le premier et deuxième amplificateurs 118, 202, et
- la deuxième alimentation électrique 306 (non illustrée en FIGURE 5), alimentant le driver 308 (non illustré) via les deux sources d’énergie comprises dans la deuxième alimentation électrique 306.
Chaque répéteur 200a, 200b peut comprendre un driver 308.
Le système de mesure optique 500 illustré en est agencé pour détecter des vibrations le long de la première fibre 504 du système de mesure 500 et/ou le long de chacune des deuxièmes fibres optiques 508, 510 de chaque bloc capteur 501, 503 du système de mesure optique 500.
Les vibrations correspondent à un évènement se produisant sur la voie ferrée, par exemple la circulation d’un véhicule ou le passage d’un objet sur la voie ferrée.
Le principe employé par le système de mesure optique 500 est le suivant. Pour détecter les vibrations le long de la première fibre optique 504 et/ou le long des deuxièmes fibres optiques 508, 510, une impulsion lumineuse très brève, dite onde de mesure A0, et de largeur temporelle donnée est envoyée au sein de la première fibre 504 par le laser du dispositif de mesure optique 502, aussi appelé dispositif DAS 502. Le but étant ensuite d’enregistrer au moins une onde rétrodiffusée qui parcourt la première fibre 504 et/ou la seconde fibre 508, 510 dans un sens opposé (à l’impulsion lumineuse émise par le laser) et qui revient donc vers le dispositif DAS 502 via la première fibre 504. L’onde rétrodiffusée peut provenir de chaque point diffuseur compris sur toute la longueur des premières et secondes fibres 504, 508, 510.
A chaque fois qu’une impulsion lumineuse est envoyée (i.e. émise) dans la première fibre 504, au moins une onde rétrodiffusée est enregistrée. Si la première fibre 504 et les secondes fibres 508 ou 510 ne subissent aucune vibration, l’onde rétrodiffusée reçue est toujours la même. Lorsqu’une vibration, correspondant, par exemple, à un événement sur la voie ferrée, atteint la première fibre 504 et/ou les secondes fibres 508, 510, elle fait varier l’onde rétrodiffusée de la première fibre ou de la seconde fibre 504, 508, 510 et c’est l’exploitation de cette variation, par traitement du signal, qui permet de remonter à la vibration source.
Chaque bloc capteur 501, 503 du système de mesure optique 500 réalise un décalage en fréquence Δf de l’onde arrivant à l’entrée de son bloc capteur 501, 503, c’est à dire soit par la première fibre 504 pour le cas du premier bloc 501 capteur, ou soit par la seconde fibre 508 pour le cas du second bloc capteur 503.
Chaque répéteur, du premier bloc capteur 501 et second bloc capteur 503, amplifie l’onde arrivant à l’entrée de son bloc capteur respectif et réalise un décalage en fréquence de cette onde, ce qui permet aux ondes optiques rétrodiffusées présentes dans la première et les secondes fibres 504, 508, 510 de circuler sans interférer les unes avec les autres. A chaque ajout d’un bloc capteur le long du parcours de l’onde optique, une amplification et un décalage supplémentaire en fréquence sont réalisés, permettant de propager l’onde optique plus loin sans diminuer la fréquence maximale de la bande passante acoustique de la vibration que l’on souhaite détecter.
Dans la première branche 110 de chaque répéteur 200, l’onde de mesure A0 est amplifiée d’abord par le premier amplificateur optique 118 du premier bloc capteur 501. La fréquence optique f0 est conservée. Ensuite, l’onde de mesure amplifiée est décalée par le modulateur de fréquence 114 du premier bloc capteur 501 à une fréquence optique f1 d’un écart ∆f1de 200 MHz, à titre d’exemple, par rapport à la fréquence f0 (f1= f0+ ∆f1) de l’onde de mesure A0.
L’onde aval, amplifiée par rapport à l’onde de mesure A0 et possédant une fréquence optique f1, est ensuite transmise à la seconde fibre 508 via le circulateur aval 106 du premier bloc capteur 501.
A titre d’exemple non limitatif, les fibres optiques du système de mesure 500 comprennent une longueur de 25 Kilomètres (Km) de façon à garder une bande passante acceptable pour le dispositif de mesure 504.
Dans la seconde fibre 508 du premier bloc capteur 501, l’onde aval va produire :
- une onde rétrodiffusée A1diff, de sens opposé à l’onde amont du répéteur 200a du premier bloc capteur 501, et
- une onde optique transmise A1, de même sens que l’onde aval du premier bloc capteur et qui va circuler sur toute la longueur de la seconde fibre 508 du premier bloc capteur 501 pour atteindre le second bloc capteur 503.
L’onde rétrodiffusée A1diffva revenir vers le répéteur optique 200a du premier bloc capteur 501 et passer dans la seconde branche 112 du répéteur optique 200a du premier bloc capteur 501 via le circulateur aval 106 du répéteur 200a du premier bloc capteur 501 avant d’atteindre le dispositif de mesure DAS 502.
L’onde optique transmise A1, va entrer dans le second bloc capteur 503. Le fonctionnement du second bloc capteur 503 est similaire au premier bloc capteur.
L’onde optique transmise A1 est amplifiée et décalée en fréquence en une fréquence f2 d’un écart ∆f2de 200 MHz, à titre d’exemple, par rapport à la fréquence f1 de l’onde aval du premier bloc capteur 501 (f2= f1+ ∆f2). L’onde décalée en fréquence par le second bloc capteur 503 est nommée onde aval du second bloc capteur 503.
L’onde aval du second bloc capteur 503 est ensuite transmise à la seconde fibre 510 du second bloc capteur 503 via le circulateur aval 106 du second bloc capteur 503. Comme pour le premier bloc capteur, une partie de l’onde aval du second bloc capteur 503 va être transmise et une autre partie va être rétrodiffusée en une onde rétrodiffusée A2diff.
L’onde optique transmise A2, peut entrer dans un troisième bloc capteur (non illustré) fonctionnant comme le premier et deuxième blocs capteur 501, 503. De manière non limitative, le décalage en fréquence réalisé par le répéteur optique du troisième bloc capteur peut être d’un écart ∆f3 de 200 MHz, à titre d’exemple, par rapport à la fréquence f2 du second bloc capteur 503.
Chaque onde rétrodiffusée par le premier, le deuxième bloc capteur et etc. va revenir vers le dispositif optique 502. Chaque onde rétrodiffusée va donc emprunter les secondes branches 112 de chaque répéteur optique traversé pour atteindre le dispositif de mesure 502. Chaque onde rétrodiffusée comprend une onde de type Rayleigh. De préférence, chacun des répéteurs optiques du système de mesure optique illustré en , comprend un deuxième amplificateur optique 202 agencé pour amplifier les ondes rétrodiffusées aux diverses fréquences f1, f2, f3, etc. circulant dans cette branche et un filtre optique 204 pour éliminer le bruit additif amplifié du deuxième amplificateur 202. Dans une variante non illustrée, les répéteurs optiques ne comprennent pas filtre optique 204.
Les ondes optiques rétrodiffusées A1diffet A2diffde chacun des blocs capteurs 501, 503 n’interfèrent pas puisqu’elles ne possèdent pas la même fréquence optique (f1 et f2) et sont détectables par le dispositif de mesure optique DAS 502 car elles ont été amplifiées par un deuxième amplificateur optique 202 à chaque passage dans une seconde branche 112 d’un répéteur optique d’un bloc capteur.
Pour augmenter la fréquence maximale détectable de la bande acoustique d’un signal vibratoire voulant être enregistré, il suffit d’insérer des blocs capteurs supplémentaires comprenant des modulateurs de fréquence permettant d’obtenir une onde aval de fréquence différente (f3, f4 …) que les blocs capteurs précédents. Chaque bloc supplémentaire réalise un décalage en fréquence de l’onde arrivant à l’entrée de son bloc capteur.
Pour augmenter la portée de détection avec une fréquence de répétition élevée et la fréquence maximale de la bande acoustique d‘un signal vibratoire voulant être enregistré, il suffit d’insérer de la même façon des blocs capteurs supplémentaires comprenant des modulateurs de fréquence permettant d’obtenir une onde aval de fréquence différente (f3, f4 …) que les blocs capteurs précédents et au moins un amplificateur optique pour amplifier le signal de l’onde entrant dans chaque bloc capteur. Les blocs capteurs supplémentaires peuvent être composés, de manière non limitative, de l’un quelconque des répéteurs optiques 100, 200, 300, 400 illustrés respectivement aux FIGURES1, 2, 3, et 4.
Plus le système de mesure optique 500 comprend de blocs capteurs, plus le nombre de décalages fréquentiels augmente. Par conséquent la bande passante du dispositif DAS 502 nécessaire à l’acquisition du signal vibratoire peut augmenter. Préférentiellement, pour éviter d’augmenter la bande passante du dispositif DAS 502, les blocs capteurs du système de mesure optique 500 sont agencés pour réaliser des décalages en fréquence Δf positifs ou négatifs fonction des modulateurs de fréquence choisis. Ainsi, certains blocs capteurs réaliseront des décalages positifs, alors que d’autres réaliseront des décalages négatifs.
De manière non limitative, le système de mesure 500 est agencé pour détecter des fréquences vibratoires de 2 kilohertz (KHz) avec 4 blocs capteurs selon l’invention ou plus que 2 KHz pour un nombre supérieur de blocs capteurs.
La pluralité des ondes rétrodiffusées reçues par le dispositif DAS 502 sont ensuite traitées par un traitement et une séparation des données.
Dans une première variante, le traitement et la séparation des données peut être réalisées d’une manière numérique. Les données autour de chaque fréquence optique correspondant à une section donnée de fibre, c’est-à-dire correspondant à la première fibre 504 ou les secondes fibres 508, 510 sont extraites numériquement. Ainsi, la structure du système de mesure optique 500 peut être conservée sans avoir besoin d’y apporter des modifications structurelles telles que du type hardware.
Dans une seconde variante, le traitement peut aussi être réalisé de manière analogique électronique. Lors de la réception de l’onde optique rétrodiffusée et après une conversion de l’onde optique rétrodiffusée en un signal électrique (i.e. photo-détection), le signal électrique est séparé par des séparateurs analogiques (non illustrés). Il y a autant de séparateurs analogiques que de fréquences émises par les différents blocs capteurs. Par conséquent, chaque onde rétrodiffusée de fréquence différente est analysée séparément. Cette méthode permet de réduire le temps de traitement des données et gagner en temps d’analyse. Toutefois, cela implique l’utilisation d’un système d’acquisition à multiples canaux de réception.
Dans une variante, non illustrée, il est possible que plusieurs événements se produisent dans la zone de détection du système de mesure 500. Ainsi, chaque événement produira une variation localisée de l’amplitude et phase instantanés du signal rétrodiffusé. Il est donc possible de détecter et séparer ces événements vibratoires dans l’espace et dans le temps d’une manière bien précise. Toutefois, les ondes rétrodiffusées ne pourront pas interférer entre elles et comme elles seront de fréquence différente que l’onde de mesure A0, elles n’interféreront pas non plus avec l’onde rétrodiffusée de l’onde de mesure A0.
La est une représentation d’un second système de mesure optique 600.
Le système de mesure optique 600 est agencé pour être positionné le long d’une voie ferrée (non illustrée).
Le système de mesure 600 illustré en comprend, de manière non limitative, deux blocs capteurs 601, 603.
Le système de mesure 600 comprend deux répéteurs optiques,
- un premier répéteur 200a appartenant au premier bloc capteur 601 et identique au répéteur optique 200a du premier bloc capteur 501 de la FIGURE 5, et
- un second répéteur optique 602 appartenant au second bloc capteur 603.
Le système optique de mesure optique 600 comprend les mêmes éléments que le système de mesure optique 500 de la , mis à part le fait que le répéteur optique 602 du second bloc 603 capteur est différent du répéteur optique 200a du premier bloc capteur 601.
En effet, le répéteur optique 602 du second bloc capteur 603 comprend, de manière non limitative, deux modulateurs de fréquence 114a et 114b connectés en série pouvant chacun réaliser un décalage en fréquence Δf2, a, Δf2, bdifférent.
Dans une variante non illustrée, le répéteur optique 602 du second bloc capteur 603 peut comprendre plus de deux modulateurs de fréquence 114, tels qu’illustrés avec le répéteur optique 400 de la .
Les deux modulateurs de fréquence 114a, 114b du répéteur optique 602 du second bloc capteur 603 sont chacun contrôlés par le driver 308 (non illustré). Les répéteurs optiques 200a et 602 du premier et second blocs capteurs 601, 603 comprennent chacun la première et second alimentation 304, 306.
Le premier modulateur de fréquence 114a du second bloc capteur 603 est positionné directement après le premier amplificateur optique 118 et est agencé pour réaliser, par exemple, un décalage en fréquence Δf2, apositif de 110 MHz, de sorte que Δf2, a= 110 MHz.
Le second modulateur de fréquence 114b du second bloc capteur 603 est positionné après le premier modulateur de fréquence 114a du second bloc capteur 603 et est agencé pour réaliser, par exemple, un décalage en fréquence Δf2, bnégatif de 80 MHz, de sorte que Δf2, b= - 80 MHz.
Ainsi, l’onde aval de fréquence f2, en sortie du deuxième modulateur de fréquence 114b du second bloc capteur 603 est égale à :
f2= f1+ Δf2, a+ Δf2, b= f1+ 110 MHz - 80 MHz = f1+ 30 MHz.
Les deux blocs capteurs 601, 603 réalisent chacun un décalage en fréquence différent. Ainsi, un bloc capteur positionné entre deux blocs capteurs, peut être différent du précédent bloc capteur ou différent du suivant bloc capteur. Une multitude de blocs capteurs peuvent ainsi être connectés en série à partir de la première fibre optique de mesure 504. Chaque bloc capteur supplémentaire permet d’augmenter la portée de détection du système de mesure optique 600 et d’augmenter la fréquence maximale de la bande passante acoustique du signal vibratoire.
f2= f1+ Δf2, a+ Δf2, b= f1+ 110 MHz - 80 MHz = f1+ 30 MHz.
Les deux blocs capteurs 601, 603 réalisent chacun un décalage en fréquence différent. Ainsi, un bloc capteur positionné entre deux blocs capteurs, peut être différent du précédent bloc capteur ou différent du suivant bloc capteur. Une multitude de blocs capteurs peuvent ainsi être connectés en série à partir de la première fibre optique de mesure 504. Chaque bloc capteur supplémentaire permet d’augmenter la portée de détection du système de mesure optique 600 et d’augmenter la fréquence maximale de la bande passante acoustique du signal vibratoire.
La combinaison de bloc capteurs différents illustrée en permet d’éviter de modifier la bande passante actuelle du dispositif de mesure DAS 502.
Ainsi, pour minimiser l’écart de décalage fréquentiel par rapport à la fréquence de l’impulsion f0 de l’onde optique émise par le dispositif de mesure DAS 502 et conserver le même système d’acquisition avec un assemblage d’une pluralité de blocs capteurs, le système de mesure optique 600 illustré en comprend une combinaison de blocs capteurs pouvant chacun réaliser soit un décalage en fréquence positif ou négatif, par exemple de 30 et 10 MHz ou de - 30 et - 10 MHz respectivement.
Les pertes d’insertions optiques supplémentaires introduites par chaque modulateur de fréquence (typiquement de 6 dB par modulateur de fréquence 114) sont compensées par le second amplificateur optique 202 du bloc capteur actuel ou le premier amplificateur optique 118 du bloc capteur suivant.
Par conséquent le système de mesure optique 600 illustré en permet une augmentation de la longueur maximale de détection du système de mesure et une augmentation de la fréquence maximale de la bande acoustique du signal vibratoire via une combinaison de blocs capteurs reliés en série, ce qui conduit à augmentation de la longueur des fibres de mesures (combinaison entre la première fibre et la secondes fibre de chaque bloc capteur) sans détériorer le signal vibratoire que l’on souhaite enregistrer et sans perdre une partie de la bande passante dudit système de mesure optique 600.
Bien entendu, l’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être décrits. De nombreuses modifications peuvent être apportées à ces exemples sans sortir du cadre de la présente invention telle que décrite.
Claims (10)
- Répéteur optique (100, 200, 300, 400, 602) comprenant :
- un circulateur (102), dit amont, prévu pour coupler ledit répéteur (100, 200, 300, 400) à une fibre optique (104), dite amont,
- un circulateur (106), dit aval, prévu pour coupler ledit répéteur (100, 200, 300, 400, 602) à une fibre optique (108), dite aval,
- une première branche (110) reliant ledit circulateur amont (102) audit circulateur aval (106) et autorisant le passage d’une onde optique, dite onde de mesure, dudit circulateur amont (102) vers ledit circulateur aval (106),
- une deuxième branche (112) reliant ledit circulateur aval (106) audit circulateur amont (102) et autorisant le passage d’une onde optique, dite onde rétrodiffusée, dudit circulateur aval (106) vers ledit circulateur amont (102),
- Répéteur (100, 200, 300, 400, 602) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le modulateur de fréquence (114) comprend, ou est, un modulateur acousto-optique (114).
- Répéteur (200, 300, 400, 602) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend un driver (308) agencé pour commander un mode de fonctionnement de l’au moins un modulateur de fréquence (114).
- Répéteur (200, 300, 400, 602) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le modulateur de fréquence (114) est agencé pour décaler positivement et/ou négativement la fréquence de l’onde de mesure amont.
- Répéteur (100, 200, 300, 400, 602) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première branche (110) comprend un premier amplificateur d’onde optique (118).
- Répéteur (200, 300, 400, 602) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la deuxième branche (112) comprend un deuxième amplificateur (202, 302) d’onde optique.
- Répéteur (200, 300, 400, 602) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la deuxième branche (112) comprend un filtre optique (204, 302) pour éliminer un bruit dans une onde optique parcourant ladite deuxième branche (112).
- Système de mesure optique (500, 600) comprenant :
- un dispositif de mesure optique (502) comprenant une source émettant au moins une onde optique, dite de mesure, et un capteur d’onde(s) rétrodiffusée(s), et
- une première fibre optique (504), dite première fibre optique de mesure, reliée audit dispositif de mesure (502), et
- une fibre optique (508, 510), dite seconde fibre optique de mesure,
- un répéteur optique (100, 200, 300, 400, 200a, 200b, 602) selon l’une quelconque des revendications précédentes disposé entre ladite deuxième fibre optique de mesure et, ladite première fibre (504) optique de mesure, ou ladite seconde fibre optique (508, 510) de mesure d’un bloc capteur précédent (501, 503, 601, 603).
- Système de mesure optique (500, 600) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’il comprend plusieurs blocs capteurs (501, 503, 601, 603) reliés en série les uns aux autres, au moins un bloc capteur comprenant un répéteur (100, 200, 300, 400, 200a, 200b, 602) identique ou différent du répéteur d’au moins un autre bloc capteur (501, 503, 601, 603).
- Voie ferrée comprenant au moins un système de mesure optique (500, 600) selon l’une quelconque des revendications 8 à 9.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| FR2102386A FR3120763A1 (fr) | 2021-03-11 | 2021-03-11 | Répéteur optique |
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|---|---|---|---|
| FR2102386A FR3120763A1 (fr) | 2021-03-11 | 2021-03-11 | Répéteur optique |
| FR2102386 | 2021-03-11 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR3120763A1 true FR3120763A1 (fr) | 2022-09-16 |
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Family Applications (1)
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| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR3120763A1 (fr) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070188740A2 (en) * | 2005-04-21 | 2007-08-16 | Fundação Cpqd - Centro De Pesquisa E Desenvolvimento Em Telecominicacoes | Active wavelength converter for use with an optical time-domain reflectrometer (otdr) and method for increasing otdr supervision distance range |
| US20140226970A1 (en) * | 2011-08-24 | 2014-08-14 | Telefonaktiebolaget L M Ericsson (Publ) | Pon supervision using otdr measurements |
-
2021
- 2021-03-11 FR FR2102386A patent/FR3120763A1/fr active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070188740A2 (en) * | 2005-04-21 | 2007-08-16 | Fundação Cpqd - Centro De Pesquisa E Desenvolvimento Em Telecominicacoes | Active wavelength converter for use with an optical time-domain reflectrometer (otdr) and method for increasing otdr supervision distance range |
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| LALAM NAGESWARA ET AL: "Recent development in artificial neural network based distributed fiber optic sensors", 2020 12TH INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON COMMUNICATION SYSTEMS, NETWORKS AND DIGITAL SIGNAL PROCESSING (CSNDSP), IEEE, 20 July 2020 (2020-07-20), pages 1 - 6, XP033855781, DOI: 10.1109/CSNDSP49049.2020.9249588 * |
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