FR3138209A1 - Optical liquid level measurement system - Google Patents
Optical liquid level measurement system Download PDFInfo
- Publication number
- FR3138209A1 FR3138209A1 FR2207569A FR2207569A FR3138209A1 FR 3138209 A1 FR3138209 A1 FR 3138209A1 FR 2207569 A FR2207569 A FR 2207569A FR 2207569 A FR2207569 A FR 2207569A FR 3138209 A1 FR3138209 A1 FR 3138209A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- fibers
- light
- fiber
- optical
- detector
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title claims abstract description 55
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title claims abstract description 44
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 20
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 251
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims abstract description 58
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 23
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 23
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 23
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 4
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 14
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000009530 blood pressure measurement Methods 0.000 description 2
- 239000002828 fuel tank Substances 0.000 description 2
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
- G01F23/22—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
- G01F23/28—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring the variations of parameters of electromagnetic or acoustic waves applied directly to the liquid or fluent solid material
- G01F23/284—Electromagnetic waves
- G01F23/292—Light, e.g. infrared or ultraviolet
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENTS OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
- B64D37/00—Arrangements in connection with fuel supply for power plant
- B64D37/005—Accessories not provided for in the groups B64D37/02 - B64D37/28
Abstract
Système de mesure optique d’un niveau de liquide Un tel système (3) comprenant une ou plusieurs sources de lumière (21) chacune apte à délivrer des impulsions lumineuses, un ou plusieurs détecteurs (31) de lumière, une tête opto-mécanique (160), et un dispositif de liaison (350) par fibres optiques reliant la ou les sources de lumière à la tête opto-mécanique, et reliant le ou les détecteurs à la tête opto-mécanique, système dans lequel la tête opto-mécanique comprend au moins trois collimateurs distincts associés optiquement à trois fibres optiques (51, 52, 53) du dispositif de liaison, les trois fibres étant reliées à la source ou aux sources de lumière; ou étant reliées au détecteur ou détecteurs de lumière. Figure à publier avec l’abrégé : Figure 4Optical liquid level measurement system Such a system (3) comprising one or more light sources (21) each capable of delivering light pulses, one or more light detectors (31), an opto-mechanical head ( 160), and a connection device (350) by optical fibers connecting the light source(s) to the opto-mechanical head, and connecting the detector(s) to the opto-mechanical head, system in which the opto-mechanical head comprises at least three distinct collimators optically associated with three optical fibers (51, 52, 53) of the connecting device, the three fibers being connected to the light source or sources; or being connected to the light detector or detectors. Figure to be published with the abstract: Figure 4
Description
Le domaine technique est celui de la mesure d’un niveau de liquide, en particulier dans un réservoir de véhicule.The technical field is that of measuring a liquid level, in particular in a vehicle tank.
On connait différents types de capteurs de niveau de liquide, basés par exemple sur une mesure par radar, par ultrasons, par effet capacitif, ou encore basés sur une mesure de pression ou sur le déplacement d’un flotteur.We know different types of liquid level sensors, based for example on a measurement by radar, by ultrasound, by capacitive effect, or even based on a pressure measurement or on the movement of a float.
Mais un capteur par mesure radar ou par effet capacitif, par exemple, est peu adapté aux environnements électromagnétiques sévères, susceptibles d’être soumis à des perturbations électromagnétiques. Et un capteur à flotteur ou par mesure de pression peut s’avérer peu adapté dans un véhicule soumis à de fortes accélérations, tel qu’un aéronef, par exemple.But a sensor using radar measurement or a capacitive effect, for example, is poorly suited to harsh electromagnetic environments, likely to be subject to electromagnetic disturbances. And a float sensor or pressure measurement sensor may prove unsuitable in a vehicle subject to strong acceleration, such as an aircraft, for example.
Plus généralement, le fonctionnement des capteurs mentionnés ci-dessus est perturbé lorsque le réservoir contenant le liquide est situé dans un environnement sévère, soumis à des températures élevées, à des perturbations électromagnétiques et/ou à des vibrations mécaniques.More generally, the operation of the sensors mentioned above is disrupted when the tank containing the liquid is located in a harsh environment, subject to high temperatures, electromagnetic disturbances and/or mechanical vibrations.
Enfin, les types de capteurs mentionnés ci-dessus conduisent généralement à des indications faussées dans le cas de réservoirs de véhicules dont l’inclinaison varie. Il est bien connu par exemple que la plupart des capteurs de niveau de carburant de voiture fournissent un résultat erroné lorsque la voiture considérée gravit une forte pente.Finally, the types of sensors mentioned above generally lead to distorted indications in the case of vehicle tanks whose inclination varies. It is well known, for example, that most car fuel level sensors provide an erroneous result when the car in question climbs a steep slope.
Dans ce contexte, la présente technologie concerne un système de mesure optique d’un niveau de liquide, par temps de vol d’impulsions lumineuses, le système comprenant une ou plusieurs sources de lumière, un ou plusieurs détecteurs de lumière, ainsi qu’une tête opto-mécanique, qui sert de tête de mesure et qui a la particularité d’être déportée, distante de la source ou des sources, et du détecteur ou des détecteurs, la tête étant reliée à ceux-ci par un dispositif de liaison par fibres optiques.In this context, the present technology relates to a system for optically measuring a liquid level, by time of flight of light pulses, the system comprising one or more light sources, one or more light detectors, as well as a opto-mechanical head, which serves as a measuring head and which has the particularity of being offset, distant from the source or sources, and from the detector or detectors, the head being connected to these by a connection device by optical fiber.
La tête de mesure, à monter sur le réservoir de liquide peut donc être passive, sans électronique (l‘électronique, notamment d’émission et détection de lumière, étant déportée ailleurs), ce qui permet de réaliser des mesures fiables même si l’environnement du réservoir est sévère (température élevée, vibrations, perturbations électromagnétiques). Par ailleurs, comme la liaison entre la tête déportée et le reste du système est une liaison par fibres optiques, on peut éloigner librement la tête du reste du système sans introduire de bruit ou de parasites électroniques supplémentaires.The measuring head, to be mounted on the liquid reservoir, can therefore be passive, without electronics (the electronics, in particular light emission and detection, being remote elsewhere), which makes it possible to carry out reliable measurements even if the The tank environment is severe (high temperature, vibrations, electromagnetic disturbances). Furthermore, as the connection between the remote head and the rest of the system is an optical fiber connection, the head can be freely moved away from the rest of the system without introducing additional noise or electronic interference.
Ce système de mesure a par ailleurs la particularité d’être configuré pour permettre une mesure de distance entre : la tête d’une part, et un point (ou une zone) donné de la surface libre du liquide d’autre part, et cela pour au moins trois points différents de cette surface libre. Ces trois mesures de distance permettent de déterminer à la fois une position (typiquement une altitude) de cette surface, et une inclinaison de cette surface (cette inclinaison étant caractérisée typiquement par deux angles d’inclinaison, par exemple un angle d’inclinaison avant-arrière, et un angle d’inclinaison gauche-droite).This measuring system also has the particularity of being configured to allow a distance measurement between: the head on the one hand, and a given point (or zone) of the free surface of the liquid on the other hand, and this for at least three different points of this free surface. These three distance measurements make it possible to determine both a position (typically an altitude) of this surface, and an inclination of this surface (this inclination being typically characterized by two angles of inclination, for example an angle of inclination before rear, and a left-right tilt angle).
Cette mesure de distance en au moins trois points différents permet une caractérisation du niveau de liquide à la fois en termes de position et d’inclinaison, alors que les capteurs de niveau de l’art antérieur mentionnés plus haut fournissent seulement une indication de position moyenne de cette surface libre. Déterminer à la fois la position et l’inclinaison de la surface libre du liquide est particulièrement utile pour un réservoir d’aéronef (réservoir de carburant, ou de collection de lubrifiant, par exemple), dont l’inclinaison est susceptible de varier fortement, à la fois en termes de roulis et de tangage.This distance measurement at at least three different points allows a characterization of the liquid level both in terms of position and inclination, whereas the level sensors of the prior art mentioned above only provide an indication of average position of this free surface. Determining both the position and the inclination of the free surface of the liquid is particularly useful for an aircraft tank (fuel tank, or lubricant collection tank, for example), whose inclination is likely to vary greatly, both in terms of roll and pitch.
Ces différentes caractéristiques rendent le système particulièrement bien adapté à une mesure de niveau de liquide dans un réservoir de véhicule, par exemple un réservoir d’aéronef, soumis à la fois à un environnement sévère et à des variations d’inclinaison.These different characteristics make the system particularly well suited to measuring the liquid level in a vehicle tank, for example an aircraft tank, subject to both a harsh environment and variations in inclination.
La tête opto-mécanique de ce système de mesure comprend au moins trois collimateurs distincts associés optiquement à trois fibres optiques distinctes du dispositif de liaison, les trois fibres étant reliées à la source ou aux sources de lumière; ou étant reliées au détecteur ou détecteurs de lumière.The opto-mechanical head of this measuring system comprises at least three distinct collimators optically associated with three distinct optical fibers of the connecting device, the three fibers being connected to the source or sources of light; or being connected to the light detector or detectors.
Cet agencement à trois collimateurs permet :
- d’émettre de la lumière (provenant des trois fibres en question) depuis trois positions différentes (i.e. : depuis les trois collimateurs, distincts), et optionnellement dans trois directions différentes, permettant ainsi de réaliser les trois mesures de distance en question, ou
- de collecter (et coupler dans les trois fibres en question) de la lumière, en trois positions différentes (i.e. : au niveau des trois collimateurs en question, distincts) et, optionnellement, provenant de trois directions différentes, permettant ainsi de réaliser les trois mesures de distance en question.
- to emit light (coming from the three fibers in question) from three different positions (ie: from the three collimators, distinct), and optionally in three different directions, thus making it possible to carry out the three distance measurements in question, or
- to collect (and couple into the three fibers in question) light, in three different positions (ie: at the level of the three collimators in question, distinct) and, optionally, coming from three different directions, thus making it possible to carry out the three measurements distance in question.
Par collimateur, on entend un système optique qui comprend au moins une lentille, et qui est globalement convergent (vergence globale positive, pour ce système optique). Chaque collimateur réduit ainsi la divergence du faisceau lumineux qui le traverse, ou, en d’autres termes, rend ce faisceau plus convergent. En particulier, chaque collimateur peut être configuré pour produire un faisceau lumineux collimaté (c’est-à-dire un faisceau de rayons parallèles), ou partiellement collimaté, à partir du faisceau lumineux divergent qui sort de la fibre optique correspondante. Inversement, chaque collimateur peut être configuré (en termes de vergence et de distance à la fibre) pour coupler, dans la fibre à laquelle il est associé, un faisceau lumineux incident, par exemple un faisceau incident parallèle ou sensiblement parallèle.By collimator is meant an optical system which comprises at least one lens, and which is globally convergent (positive overall vergence, for this optical system). Each collimator thus reduces the divergence of the light beam passing through it, or, in other words, makes this beam more convergent. In particular, each collimator can be configured to produce a collimated light beam (that is to say a beam of parallel rays), or partially collimated, from the divergent light beam which exits the corresponding optical fiber. Conversely, each collimator can be configured (in terms of vergence and distance to the fiber) to couple, in the fiber with which it is associated, an incident light beam, for example a parallel or substantially parallel incident beam.
Outre les caractéristiques mentionnées ci-dessus, le système qui vient d’être présenté peut comporter une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles suivantes, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement envisageables :
- les trois collimateurs sont agencées de manière à émettre la lumière provenant des trois fibres dans trois directions distinctes ; ou pour collecter et coupler dans les trois fibres de la lumière provenant respectivement de trois directions distinctes ;
- le dispositif de liaison comprend un dispositif de couplage optique ayant, d’un côté, au moins trois ports de connexion, connectés respectivement aux trois fibres optiques, et, d’un autre côté, un port commun, chaque port de connexion étant couplé optiquement à ce même port commun, le système comportant une seule source de lumière reliée à ce port commun, ou comportant un seul détecteur de lumière relié à ce port commun ;
- le dispositif de couplage optique comprend un coupleur fibré 1 vers N avec N supérieur ou égal à 3, et les trois fibres optiques ont des longueurs différentes, une différence de temps entre les temps de parcours respectifs de la lumière dans deux quelconques de ces trois fibres étant supérieure ou égale à une durée desdites impulsions lumineuses ;
- le dispositif de couplage optique comprend un commutateur électro-optique configuré pour coupler sélectivement ledit port commun à l’un desdits ports de connexion, sélectionné parmi lesdits ports de connexion en fonction d’un signal électrique de commande dudit commutateur ;
- les trois fibres optiques sont des fibres aller, reliées chacune à la source ou à l’une des sources de lumière, et le dispositif de liaison comprend au moins trois fibres optiques supplémentaires, retour, associées respectivement aux trois fibres aller et reliées chacune au détecteur ou à l’un des détecteurs ;
- chacun desdits collimateurs, associé optiquement à l’une des fibres aller, est aussi associé optiquement à l’une des fibres retour, le collimateur étant commun à ladite fibre aller et à ladite fibre retour ;
- les trois fibres optiques sont appelées fibres optiques de pointage, et le dispositif de liaison comprend une fibre optique supplémentaire, dite fibre commune, un champ de collection ou d’émission de la fibre commune couvrant, pour chaque fibre optique de pointage, une partie au moins d’un champ d’émission ou de collection de la fibre de pointage considérée ;
- la tête opto-mécanique comprend, pour l’un au moins des collimateurs, un conduit situé dans le prolongement du collimateur, à l’opposé de la fibre optique associée au collimateur, le conduit étant au moins aussi profond que large ;
- le système comprend une unité électronique, reliée au détecteur ou aux détecteurs de lumière, et configurée pour déterminer :
- une position et une inclinaison d’un niveau de liquide, ou une donnée représentative d’un volume de liquide présent dans un réservoir,
- à partir de signaux électriques délivrés par le ou les détecteurs de lumière lors de la réception d’impulsions lumineuses, reçues par le ou les détecteur en réponse à l’émission d’une ou plusieurs impulsions lumineuses par la ou les sources de lumière.
- the three collimators are arranged so as to emit the light coming from the three fibers in three distinct directions; or to collect and couple into the three fibers light coming respectively from three distinct directions;
- the connection device comprises an optical coupling device having, on one side, at least three connection ports, respectively connected to the three optical fibers, and, on the other side, a common port, each connection port being optically coupled to this same common port, the system comprising a single light source connected to this common port, or comprising a single light detector connected to this common port;
- the optical coupling device comprises a 1 to N fiber coupler with N greater than or equal to 3, and the three optical fibers have different lengths, a time difference between the respective travel times of the light in any two of these three fibers being greater than or equal to a duration of said light pulses;
- the optical coupling device comprises an electro-optical switch configured to selectively couple said common port to one of said connection ports, selected from said connection ports as a function of an electrical control signal from said switch;
- the three optical fibers are forward fibers, each connected to the source or to one of the light sources, and the connection device comprises at least three additional return optical fibers, respectively associated with the three forward fibers and each connected to the detector or to one of the detectors;
- each of said collimators, optically associated with one of the forward fibers, is also optically associated with one of the return fibers, the collimator being common to said forward fiber and to said return fiber;
- the three optical fibers are called pointing optical fibers, and the connection device comprises an additional optical fiber, called a common fiber, a collection or emission field of the common fiber covering, for each pointing optical fiber, a part at less than one emission or collection field of the pointing fiber considered;
- the opto-mechanical head comprises, for at least one of the collimators, a conduit located in the extension of the collimator, opposite the optical fiber associated with the collimator, the conduit being at least as deep as it is wide;
- the system comprises an electronic unit, connected to the detector or light detectors, and configured to determine:
- a position and inclination of a liquid level, or data representative of a volume of liquid present in a tank,
- from electrical signals delivered by the light detector(s) upon reception of light pulses, received by the detector(s) in response to the emission of one or more light pulses by the light source(s).
La présente technologie concerne également un véhicule, par exemple de type aéronef, comprenant un réservoir pour liquide et comprenant un système de mesure de niveau de liquide tel que décrit ci-dessus, la tête opto-mécanique du système de mesure étant montée sur une paroi du réservoir.The present technology also relates to a vehicle, for example of the aircraft type, comprising a reservoir for liquid and comprising a liquid level measuring system as described above, the opto-mechanical head of the measuring system being mounted on a wall of the tank.
La présente technologie concerne aussi une méthode de mesure d’un niveau de liquide, mise en œuvre au moyen d’un système de mesure tel que décrit ci-dessus, la méthode comprenant au moins trois mesures de temps de vol, pour trois impulsions lumineuses, émises ou collectées par lesdits trois collimateurs, les trois impulsions se réfléchissant sur une surface libre du liquide, en trois points distincts de cette surface libre.The present technology also relates to a method of measuring a liquid level, implemented by means of a measuring system as described above, the method comprising at least three time-of-flight measurements, for three light pulses , emitted or collected by said three collimators, the three pulses reflecting on a free surface of the liquid, at three distinct points of this free surface.
La présente technologie et ses différentes applications seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent.This technology and its various applications will be better understood on reading the following description and examining the accompanying figures.
Les figures sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif.The figures are presented for informational purposes only and are in no way limiting.
La
- une ou plusieurs sources de lumière, 20,
- un ou plusieurs détecteurs de lumière, 30
- une tête opto-mécanique 60, qui sert de tête de mesure et qui a la particularité d’être déportée, distante de la source ou des sources et du détecteur ou des détecteurs, la tête étant reliée à ceux-ci par un dispositif de liaison par fibres optiques, 50.
- one or more light sources, 20,
- one or more light detectors, 30
- an opto-mechanical head 60, which serves as a measuring head and which has the particularity of being offset, distant from the source or sources and the detector or detectors, the head being connected to these by a connecting device by optical fibers, 50.
Ce système a par ailleurs la particularité de permettre une mesure de distance entre : la tête 60 d’une part, et un point (ou une zone) donné de la surface libre 9 du liquide 8 d’autre part, et cela pour au moins trois points différents de cette surface libre 9. Ces trois mesures de distance (ou plus) permettent de déterminer à la fois une position (typiquement une altitude) de cette surface 9, et une inclinaison de cette surface, cette inclinaison étant caractérisée typiquement par deux angles d’inclinaison (par exemple un angle d’inclinaison avant-arrière, et un angle d’inclinaison gauche-droite).This system also has the particularity of allowing a distance measurement between: the head 60 on the one hand, and a given point (or zone) of the free surface 9 of the liquid 8 on the other hand, and this for at least three different points of this free surface 9. These three distance measurements (or more) make it possible to determine both a position (typically an altitude) of this surface 9, and an inclination of this surface, this inclination typically being characterized by two tilt angles (e.g. a front-back tilt angle, and a left-right tilt angle).
Comme expliqué dans la partie « résumé », un tel système est particulièrement bien adapté à une mesure de niveau de liquide dans un réservoir de véhicule (réservoir de carburant, ou de collection de lubrifiant, par exemple), par exemple un réservoir d’aéronef, soumis à la fois à un environnement sévère et à des variations d’inclinaison substantielles.As explained in the “summary” section, such a system is particularly well suited to measuring the liquid level in a vehicle tank (fuel tank, or lubricant collection tank, for example), for example an aircraft tank. , subjected to both a severe environment and substantial tilt variations.
Afin de réaliser cette mesure de distance pour au moins trois points (ou trois zones) distincts de la surface libre du liquide, la tête opto-mécanique 60 est pourvue d’au moins trois collimateurs distincts, associés optiquement à trois fibres optiques distinctes du dispositif de liaison, ces trois fibres étant reliées à la source ou aux sources de lumière 20, ou étant reliées au détecteur ou détecteurs de lumière 30.In order to carry out this distance measurement for at least three distinct points (or three zones) of the free surface of the liquid, the opto-mechanical head 60 is provided with at least three distinct collimators, optically associated with three distinct optical fibers of the device connection, these three fibers being connected to the light source or sources 20, or being connected to the light detector or detectors 30.
Cet agencement à trois collimateurs permet :
- d’émettre de la lumière (provenant des trois fibres en question) depuis trois positions différentes (i.e. : depuis les trois collimateurs, distincts), et optionnellement dans trois directions différentes, permettant ainsi de réaliser les trois mesures de distance en question, ou
- de collecter (et coupler dans les trois fibres en question) de la lumière, en trois positions différentes (i.e. : au niveau des trois collimateurs en question, distincts) et, optionnellement, provenant de trois directions différentes, permettant ainsi de réaliser ces trois mesures distinctes de distance.
- to emit light (coming from the three fibers in question) from three different positions (ie: from the three collimators, distinct), and optionally in three different directions, thus making it possible to carry out the three distance measurements in question, or
- to collect (and couple into the three fibers in question) light, in three different positions (ie: at the level of the three collimators in question, distinct) and, optionally, coming from three different directions, thus making it possible to carry out these three measurements distinct in distance.
Les trois collimateurs en question peuvent ainsi être agencés, de manière optionnelle, de manière à émettre la lumière provenant des trois fibres optiques dans trois directions distinctes ; ou pour collecter et coupler dans les trois fibres la lumière provenant respectivement de trois directions distinctes (comme dans le cas de la
Cinq modes de réalisation différents d’un tel système de mesure, numérotés respectivement 1, 2, 3, 4 et 5, sont représentés schématiquement, respectivement sur les figures 2, 3, 4, 12 et 15.Five different embodiments of such a measuring system, numbered respectively 1, 2, 3, 4 and 5, are represented schematically, respectively in Figures 2, 3, 4, 12 and 15.
Pour les modes de réalisation 1 à 3 (
On notera que, pour chaque couple de fibres aller et retour (par exemple le couple de fibres 51 et 54), les deux fibres, aller et retour, ne forment pas nécessairement deux cordons distincts. La fibre aller et la fibre retour peuvent par exemple être entrelacées l’une avec l’autre et former ensemble un même cordon (multifibres). La fibre aller et la fibre retour peuvent aussi être imbriquées directement l’une dans l’autre (figures 8 à 10), l’une formant le cœur, et l’autre formant une gaine (typiquement multimode) d’une sorte de fibre optique composite à double gaine (« double-clad » en anglais). Plus généralement, l’expression « fibre aller », et « fibre retour » désigne ici un guide optique (éventuellement lui-même composite), c’est-à-dire une structure apte à guider la lumière pour la transmettre en un point distant, le guide correspondant à la fibre aller, et le guide correspondant à la fibre retour étant généralement distincts l’un de l’autre (bien qu’éventuellement entrelacés, ou imbriqués, ou simplement parallèles l’un à l’autre, au sein d’un même cordon). Dans certaines variantes, ce guide aller et ce guide retour pourraient toutefois être confondus, et prendre la forme d’une fibre optique unique à cœur large.Note that, for each pair of forward and return fibers (for example the pair of fibers 51 and 54), the two fibers, forward and back, do not necessarily form two distinct cords. The forward fiber and the return fiber can for example be intertwined with each other and together form the same cord (multi-fiber). The forward fiber and the return fiber can also be nested directly into each other (Figures 8 to 10), one forming the core, and the other forming a cladding (typically multimode) of a kind of fiber double-clad composite optics. More generally, the expression "go fiber", and "return fiber" here designates an optical guide (possibly itself composite), that is to say a structure capable of guiding light to transmit it to a distant point , the guide corresponding to the forward fiber, and the guide corresponding to the return fiber being generally distinct from each other (although possibly intertwined, or nested, or simply parallel to each other, within of the same cord). In certain variants, this outward guide and this return guide could, however, be confused, and take the form of a single wide-core optical fiber.
Les figures 5 et 6 montrent plus en détail la tête opto-mécanique, 160, du système 1 ; 2 ; 3 selon ces trois premiers modes de réalisation. Les figures 7 à 8 montrent des variantes, 160’ ; 160’’ de cette tête-optomécanique, pouvant être employées à la place de la tête 160.Figures 5 and 6 show in more detail the opto-mechanical head, 160, of system 1; 2; 3 according to these first three embodiments. Figures 7 to 8 show variants, 160’; 160” of this optomechanical head, which can be used in place of the 160 head.
Pour ce qui est maintenant des modes de réalisation 4 et 5 (figures 12 et 15), le dispositif de liaison 450 ; 550 du système 4 ; 5 comprend :
- les trois fibres optiques mentionnées plus haut, associées optiquement aux trois collimateurs en question, appelées aussi fibres optiques de pointage,
- ainsi qu’une fibre optique supplémentaire, appelée fibre commune (il s’agit de la fibre 51, sur la
- the three optical fibers mentioned above, optically associated with the three collimators in question, also called optical pointing fibers,
- as well as an additional optical fiber, called common fiber (this is fiber 51, on the
Ainsi, dans les modes de réalisation 4 et 5, le dispositif de liaison par fibres optiques, 450 ; 550, comprend : une seule fibre aller, 51, et trois fibres retour 54, 55, 56, (cas de la
Malgré ces différences, ces cinq modes de réalisation présentent de nombreux éléments et caractéristiques communs. Aussi, d’un mode de réalisation à l’autre, les éléments identiques ou correspondant seront autant que possible repérés par les mêmes numéros de référence, et ne seront pas nécessairement décrits à chaque fois. Ces différents modes de réalisation sont maintenant décrits plus en détail, l’un après l’autre.Despite these differences, these five embodiments have many common elements and characteristics. Also, from one embodiment to another, identical or corresponding elements will be identified as much as possible by the same reference numbers, and will not necessarily be described each time. These different embodiments are now described in more detail, one after the other.
Dans lepremier mode de réalisation, le système 1 comprend trois interrogateurs distincts, 111, 112, 113, un pour chaque couple de fibres optiques aller et retour (couple de fibres 51 et 54, couple de fibres 52, 55, et couple de fibres 53, 56). Chaque interrogateur, 111, 112, 113, comprend une source de lumière, 21, 22, 23, et un détecteur de lumière (par exemple une photodiode), 31, 32, 33.In the first embodiment , the system 1 comprises three distinct interrogators, 111, 112, 113, one for each pair of forward and return optical fibers (pair of fibers 51 and 54, pair of fibers 52, 55, and pair of fibers 53, 56). Each interrogator, 111, 112, 113, comprises a light source, 21, 22, 23, and a light detector (for example a photodiode), 31, 32, 33.
Chaque source 21, 22, 23 est apte à émettre une impulsion lumineuse, par exemple dans le domaine du visible ou du proche infrarouge. La durée de l’impulsion en question est par exemple inférieure à 300 ns, voire inférieure à 50 ns ou même à 20 ns. La source peut être un laser, typiquement à semi-conducteur, ou une diode électroluminescente.Each source 21, 22, 23 is capable of emitting a light pulse, for example in the visible or near infrared region. The duration of the pulse in question is for example less than 300 ns, or even less than 50 ns or even 20 ns. The source can be a laser, typically a semiconductor laser, or a light-emitting diode.
Pour le couple de fibres 51 et 54, la fibre aller 51 achemine l’impulsion produite par la source 21 jusqu’au collimateur 161 (
La fibre aller 51 et la fibre retour 54 sont associées l’une à l’autre, en ce sens que la majeure partie de la lumière collectée par la fibre 54 provient de la fibre aller correspondante, 51 (et non des autres fibres aller 52, 53). Il en est de même pour les autres couples de fibres aller et retour. Ce couplage, sélectif, entre la fibre aller et la fibre retour de chaque couple est dû notamment à la répartition des fibres optiques sur la tête 160. En effet, les deux fibres, aller et retour, de chaque couple de fibres sont situées à chaque fois à proximité l’une de l’autre, sur la tête opto-mécanique, et à distance des autres fibres optiques (les deux fibres d’un même couple étant par exemple séparée par une distance inférieure à un tiers, ou même inférieure à un dixième de la distance qui sépare les différents couples de fibres, sur la tête). Par ailleurs, dans l’espace situé entre la tête et le liquide, la lumière émise par la fibre aller, et collectée par la fibre retour correspondante se propagent toutes deux dans la même direction moyenne, ou, tout au moins, substantiellement dans la même direction moyenne (c’est-à-dire par exemple avec un écart angulaire inférieur à 30 degrés). Un champ d’émission de la fibre aller (zone couverte par la lumière issue de cette fibre) et un champ de collection de la fibre retour correspondante se superpose, en majeure partie l’un avec l’autre (mais non avec les champs d’émission des autres fibres aller).The forward fiber 51 and the return fiber 54 are associated with each other, in the sense that the majority of the light collected by the fiber 54 comes from the corresponding forward fiber, 51 (and not from the other forward fibers 52 , 53). It is the same for the other pairs of forward and reverse fibers. This selective coupling between the forward fiber and the return fiber of each pair is due in particular to the distribution of the optical fibers on the head 160. In fact, the two fibers, forward and return, of each pair of fibers are located at each both close to each other, on the opto-mechanical head, and at a distance from the other optical fibers (the two fibers of the same pair being for example separated by a distance less than a third, or even less than a tenth of the distance which separates the different pairs of fibers, on the head). Furthermore, in the space located between the head and the liquid, the light emitted by the forward fiber and collected by the corresponding return fiber both propagate in the same average direction, or, at least, substantially in the same direction. average direction (i.e. for example with an angular deviation less than 30 degrees). An emission field of the forward fiber (area covered by the light coming from this fiber) and a collection field of the corresponding return fiber are superimposed, for the most part with each other (but not with the fields of 'emission of other fibers go).
Dans ce premier mode de réalisation, pour chaque couple de fibres aller et retour (par exemple pour le couple de fibres 51 et 54), la fibre aller, et la fibre retour forment deux cordons distincts (voir les figures 5 et 6). Le dispositif de liaison 150 comprend ainsi six cordons (intégrant chacun l’une de ces six fibres optiques). Par ailleurs, dans ce mode de réalisation chaque fibre optique, 51, 52, 53, 54, 55, 56, est associée optiquement à un collimateur qui lui est propre, 161, 162, 163, 164, 165, 166 (figures 5 et 6).In this first embodiment, for each pair of forward and return fibers (for example for the pair of fibers 51 and 54), the forward fiber and the return fiber form two distinct cords (see Figures 5 and 6). The connection device 150 thus comprises six cords (each integrating one of these six optical fibers). Furthermore, in this embodiment each optical fiber, 51, 52, 53, 54, 55, 56, is optically associated with a collimator of its own, 161, 162, 163, 164, 165, 166 (Figures 5 and 6).
La tête opto-mécanique, 160, comprend un support mécanique 170, réalisé par exemple sous la forme d’une pièce monobloc (d’un seul tenant), auquel sont fixés les collimateurs. Les fibres optiques 51 à 56 sont également solidaires du support mécanique 170, soit parce qu’elles sont fixées aux collimateurs (par exemple grâce à une férule pour fixation de fibre-optique, dont est pourvu le collimateur), soit parce qu’elles sont fixées directement au support mécanique 170.The opto-mechanical head, 160, comprises a mechanical support 170, produced for example in the form of a single piece (in one piece), to which the collimators are fixed. The optical fibers 51 to 56 are also integral with the mechanical support 170, either because they are fixed to the collimators (for example thanks to a ferrule for fixing optical fiber, with which the collimator is provided), or because they are fixed directly to the mechanical support 170.
Les trois couples de fibres aller et retour peuvent, comme ici, être disposés respectivement aux trois sommets d’un triangle, en l’occurrence équilatéral. D’autres agencements sont néanmoins envisageables (par exemple aux sommets d’un triangle rectangle, ou en ligne mais avec des directions d’émission différentes).The three pairs of back and forth fibers can, as here, be arranged respectively at the three vertices of a triangle, in this case equilateral. Other arrangements are nevertheless possible (for example at the vertices of a right triangle, or in a line but with different emission directions).
Chaque collimateur 161 – 166 est situé au fond d’un conduit qui est situé dans le prolongement du collimateur considéré, à l’opposé de la fibre optique associée au collimateur. Ce conduit favorise une émission, ou, respectivement, une collection de lumière sélective sur le plan angulaire. A titre d’exemple, cela évite que de la lumière, issue des fibres aller 52 et 53, ne pénètre dans la fibre retour 54 du couple 51-54, après réflexion sur la surface du liquide (ou, tout au moins, cela limite cet effet, qui correspondrait à une sorte de « crosstalk » entre les différentes voies aller-retour).Each collimator 161 – 166 is located at the bottom of a conduit which is located in the extension of the collimator considered, opposite the optical fiber associated with the collimator. This conduit promotes angularly selective emission, or, respectively, collection of light. For example, this prevents light from the forward fibers 52 and 53 from penetrating the return fiber 54 of the pair 51-54, after reflection on the surface of the liquid (or, at least, this limits this effect, which would correspond to a sort of “crosstalk” between the different round-trip channels).
Ici, pour chaque couple de fibres aller et retour, les deux collimateurs correspondants (par exemple les collimateurs 161 et 164) sont situés au fond du même conduit (conduit 167, pour les deux collimateurs 161 et 164). La tête opto-mécanique comprend ainsi trois conduits, 167, 168, 169, ici. En variante, chaque collimateur pourrait toutefois être situé au fond d’un conduit qui lui soit propre (avec un conduit par collimateur). Comme représenté sur la
Comme déjà indiqué, les figures 7 et 8 montrent deux variantes, 160’ et 160’’ de la tête opto-mécanique du système 1 de la
Pour ces deux variantes, pour chaque couple de fibres aller et retour, la fibre aller et la fibre retour sont toutes deux associées optiquement au même collimateur.For these two variants, for each pair of forward and return fibers, the forward fiber and the return fiber are both optically associated with the same collimator.
Dans le cas de la
Dans le cas de la
Les trois collimateurs 161’’, 162’’, 163’’ sont centrés chacun sur un axe, X1, X2, X3, qui coïncide avec l’axe de la fibre aller 51, 52, 53 du faisceau de fibres correspondant. Les trois collimateurs (ainsi d’ailleurs que les trois faisceaux de fibres), sont montés sur le support mécanique 170’’ de la tête avec leur trois axes X1, X2, X3 inclinés les uns par rapport aux autres. La lumière provenant des trois fibres aller 51, 52 et 53 est émises par ces trois collimateurs 161’’, 162’’, 163’’ dans trois directions distinctes.The three collimators 161'', 162'', 163'' are each centered on an axis, X1, The three collimators (as well as the three fiber bundles) are mounted on the 170” mechanical support of the head with their three axes X1, X2, X3 inclined relative to each other. The light coming from the three forward fibers 51, 52 and 53 is emitted by these three collimators 161'', 162'', 163'' in three distinct directions.
La
Le cordon composite de la
En variante, la séparation entre la lumière aller et la lumière retour pourrait toutefois être réalisée hors du cordon lui-même, par exemple au moyen d’une lame semi-réfléchissante, ou d’un cube ou prisme séparateur de faisceaux. Dans ce cas, les fibres aller et retour 51 et 54, imbriquées l’une dans l’autre, forment une même fibre composite de type « double-clad » (double gaine), qui s’étend depuis la tête opto-mécanique jusqu’à l’interrogateur, la séparation entre la voie aller et la voie retour étant réalisée dans l’interrogateur, au moyen de la lame ou du cube ou prisme en question, interposé entre la source et une face d’entrée de la fibre composite regroupant les fibres aller et retour 51,54.Alternatively, the separation between the forward light and the return light could however be carried out outside the bead itself, for example by means of a semi-reflecting blade, or a beam splitter cube or prism. In this case, the back and forth fibers 51 and 54, nested one inside the other, form the same composite fiber of the “double-clad” type (double sheath), which extends from the opto-mechanical head to 'to the interrogator, the separation between the forward path and the return path being carried out in the interrogator, by means of the blade or cube or prism in question, interposed between the source and an entry face of the composite fiber bringing together the back and forth fibers 51,54.
En variante encore, les fibres optiques composites de type « double-clad » de la
Selon une autre variante, chaque couple de fibres aller et retour pourrait prendre la forme d’un faisceau multifibres, tel que celui représenté sur la
- plusieurs fibres individuelles pour la voie aller (l’ensemblede ces fibres individuelles, qui forment une fibre optique composite, étant à nouveau appelé fibre optique aller 51, ici), et
- plusieurs fibres individuelles pour la voie retour (l’ensemblede ces fibres individuelles étant à nouveau appelé fibre optique retour 54, ici).
- several individual fibers for the forward path ( all of these individual fibers, which form a composite optical fiber, being again called forward optical fiber 51, here), and
- several individual fibers for the return path ( all of these individual fibers being again called return optical fiber 54, here).
Du côté du collimateur 161’’, les fibres individuelles de la voie aller, et celles de la voie retour sont entrelacées les unes avec les autres, entremêlées les unes aux autres dans le même faisceau. En revanche, de l’autre côté (du côté de l’interrogateur), les fibres individuelles de la voie aller (au nombre de neuf, dans l’exemple de la
Dans les différentes variantes de couples de fibres aller et retour présentées ci-dessus, les fibres optiques ont généralement un diamètre de cœur optique et une ouverture numérique élevés (sauf éventuellement pour le cœur monomode de la
Les différentes variantes de couples de fibres aller et retour présentées ci-dessus peuvent être employées à la place des couples 51-54, 52-55 et 53-56 représentés sur la
Cette configuration, avec un seul collimateur par voie de mesure, permet de réduire le nombre de composants optiques du système (par rapport à la tête 160 de la
La structure d’ensemble du système de mesure 2 ; 3 ; 4 et 5 est décrite maintenant pour les autres modes de réalisation de ce système.The overall structure of the measurement system 2; 3; 4 and 5 is now described for the other embodiments of this system.
Comme déjà indiqué, le système de mesure 2 ; 3 selon le deuxième et troisième mode de réalisation comprend trois couples de fibres aller et retour, 51-54, 52-55 et 53-56, comme pour le premier mode de réalisation. Les différentes variantes de la tête opto-mécanique 160 ; 160’ ; 160’’, et les différents types de fibres ou faisceaux de fibres optiques présentés plus haut, lors de la description du premier mode de réalisation peuvent aussi être utilisés, de la même manière, dans ces deux modes de réalisation.As already indicated, measurement system 2; 3 according to the second and third embodiment comprises three pairs of back and forth fibers, 51-54, 52-55 and 53-56, as for the first embodiment. The different variants of the opto-mechanical head 160; 160’; 160'', and the different types of fibers or optical fiber bundles presented above, during the description of the first embodiment can also be used, in the same way, in these two embodiments.
Lesystème de mesure 2 selon le deuxième mode de réalisationdiffère du premier mode de réalisation en ce qu’il comprend une seule source de lumière 21 (au lieu de trois), connectée aux trois fibres aller 51, 52, 53 par un dispositif de couplage optique 251. Pour le reste, les dispositifs de mesure 1 et 2 sont identiques, ou tout au moins similaires.The measurement system 2 according to the second embodiment differs from the first embodiment in that it comprises a single light source 21 (instead of three), connected to the three forward fibers 51, 52, 53 by a device for optical coupling 251. For the rest, the measuring devices 1 and 2 are identical, or at least similar.
Le dispositif de couplage 251 a, d’un côté, un port commun 252, et, de l’autre, trois ports de connexion 253, 254, 255 connectés respectivement aux trois fibres optiques aller 51, 52, 53. Dans le dispositif de couplage, chaque port de connexion 253, 254, 255 est couplé optiquement (mais pas nécessairement en permanence) à ce même port commun 252.The coupling device 251 has, on one side, a common port 252, and, on the other, three connection ports 253, 254, 255 connected respectively to the three forward optical fibers 51, 52, 53. In the coupling device coupling, each connection port 253, 254, 255 is optically coupled (but not necessarily permanently) to this same common port 252.
Le dispositif de couplage 251 peut par exemple être un coupleur fibré un vers trois (tel que le coupleur 351 de la
Le dispositif de couplage 251 pourrait aussi être un commutateur électro-optique (un « switch ») configuré pour coupler sélectivement le port commun 252 à l’un des ports de connexion, ce port étant sélectionné, parmi les ports de connexion 253, 254, 255, en fonction un signal électrique de commande du commutateur. Un tel dispositif est plus onéreux qu’un coupleur fibré, passif. En revanche, il permet de réaliser les trois mesures de distances mentionnées plus haut à trois instants différents, ce qui limite considérablement le cross-talk éventuel entre ces mesures.The coupling device 251 could also be an electro-optical switch (a “switch”) configured to selectively couple the common port 252 to one of the connection ports, this port being selected from the connection ports 253, 254, 255, depending on an electrical signal for controlling the switch. Such a device is more expensive than a passive fiber coupler. On the other hand, it allows the three distance measurements mentioned above to be carried out at three different times, which considerably limits any possible cross-talk between these measurements.
Le système de mesure 2 comprend un seul interrogateur, 210 (au lieu de trois interrogateurs individuels), qui intègre la source 21, les trois détecteurs 31, 32, 33 et le dispositif de couplage 251.The measurement system 2 includes a single interrogator, 210 (instead of three individual interrogators), which integrates the source 21, the three detectors 31, 32, 33 and the coupling device 251.
Lesystème de mesure 3 selon le trois ième mode de réalisationdiffère du premier mode de réalisation en ce qu’il comprend une seule source de lumière 21 (au lieu de trois), et un seul détecteur 31 (au lieu de trois). Pour le reste, les dispositifs de mesure 1 et 3 sont identiques, ou tout au moins similaires.The measuring system 3 according to the third embodiment differs from the first embodiment in that it comprises a single light source 21 (instead of three), and a single detector 31 (instead of three). For the rest, measuring devices 1 and 3 are identical, or at least similar.
La source 21 est reliée aux trois fibres aller 51, 52 et 53 par l’intermédiaire d’un coupleur fibré un vers trois, 351, ayant un port commun 352 relié à la source 21 et trois ports de connexion 353, 354, 355 reliées respectivement aux fibres 51, 52 et 53.The source 21 is connected to the three forward fibers 51, 52 and 53 via a one-to-three fiber coupler, 351, having a common port 352 connected to the source 21 and three connection ports 353, 354, 355 connected respectively to fibers 51, 52 and 53.
Le détecteur 31 est relié lui aussi aux trois fibres retour 54, 55 et 56 par un coupleur fibré un vers trois, 356 (par exemple identique au coupleur 351), ayant un port commun 357 relié au détecteur 31 et trois ports de connexion 358, 359, 360 reliées respectivement aux fibres 54, 55 et 56. Le système de mesure 3 comprend un seul interrogateur 310 (au lieu de trois), cet interrogateur intégrant la source 21, le détecteur 31 et les deux coupleurs fibrés 351 et 352.The detector 31 is also connected to the three return fibers 54, 55 and 56 by a one-to-three fiber coupler 356 (for example identical to the coupler 351), having a common port 357 connected to the detector 31 and three connection ports 358, 359, 360 connected respectively to fibers 54, 55 and 56. The measurement system 3 comprises a single interrogator 310 (instead of three), this interrogator integrating the source 21, the detector 31 and the two fiber couplers 351 and 352.
Comme représenté schématiquement sur la
Grâce à cette différence de longueurs, les trois impulsions lumineuses, qui permettent de réaliser les trois mesures de distance mentionnées plus haut, et qui sont acheminées respectivement par la fibre 54, par la fibre 55 et par la fibre 56, atteignent le détecteur 31 à des instants différents, sans se superposer temporellement l’une à l’autre. Dans le signal électrique délivré par le détecteur 31, ces trois impulsions peuvent donc être distinguées l’une de l’autre, et les trois distances en question peuvent ainsi être mesurées indépendamment l’une de l’autre grâce à cette forme de multiplexage temporel. Cet agencement a l’avantage d’être passif, peu couteux, et de ne nécessiter qu’une seule source et un seul détecteur.Thanks to this difference in lengths, the three light pulses, which make it possible to carry out the three distance measurements mentioned above, and which are routed respectively by the fiber 54, by the fiber 55 and by the fiber 56, reach the detector 31 at different moments, without temporally superimposing one on the other. In the electrical signal delivered by the detector 31, these three pulses can therefore be distinguished from each other, and the three distances in question can thus be measured independently of each other thanks to this form of time multiplexing. . This arrangement has the advantage of being passive, inexpensive, and requiring only a single source and a single detector.
En variante, les trois fibres retour 54, 55 et 56 pourraient avoir la même longueur, les différences de temps de parcours en question étant obtenues grâce des fibres aller 51, 52, 53 de longueurs différentes. Plus généralement, c’est le temps de parcours total, pour parcourir à la fois la fibre aller et la fibre retour du couple considéré, qui varie d’un couple de fibres à l’autre (i.e. : d’une voie de mesure à l’autre). L’impulsion lumineuse initiale émise par la source 21 est divisée en trois impulsions par le coupleur 351. Ces trois impulsions ont ensuite des temps de parcours total différents, pour parvenir jusqu’au détecteur commun 31 (du fait des différences de longueur totale entre couples de fibres), ce qui permet de les distinguer l’une de l’autre, dans le signal électrique délivré par ce détecteur.Alternatively, the three return fibers 54, 55 and 56 could have the same length, the travel time differences in question being obtained thanks to the forward fibers 51, 52, 53 of different lengths. More generally, it is the total travel time, to travel both the forward fiber and the return fiber of the pair considered, which varies from one pair of fibers to another (i.e.: from one measurement channel to the other). The initial light pulse emitted by the source 21 is divided into three pulses by the coupler 351. These three pulses then have different total travel times, to reach the common detector 31 (due to the differences in total length between couples fibers), which makes it possible to distinguish them from one another, in the electrical signal delivered by this detector.
Dans une variante (non représentée) de ce troisième mode de réalisation, le coupleur fibré 351 pourrait être remplacé par un commutateur électro-optique (un « switch ») tel que décrit plus haut. Dans ce cas, les différentes fibres aller 51, 52, 53 peuvent avoir la même longueur, ainsi que les différentes fibres retour 54, 55, 56. Le système de mesure est alors configuré pour que la source 21 émette trois impulsions lumineuses successives, et le « switch » est commandé conjointement pour diriger la première impulsion vers la fibre 51, puis pour diriger la deuxième impulsion vers la fibre 52, et enfin pour diriger la troisième impulsion vers la fibre 53. Ces trois impulsions, émises initialement à des dates différentes, atteignent donc le détecteur commun 31 à des instants différents même si les temps de parcours des trois voies de mesure sont identiques. Cette variante pourrait aussi être mise en œuvre en conservant le coupleur fibré 351, et en remplaçant le coupleur fibré 356 par un tel switch (au lieu de l’inverse). Le pilotage conjoint de la source et du switch est par exemple réalisé par une unité électronique du système de mesure, configurée à cette fin.In a variant (not shown) of this third embodiment, the fiber coupler 351 could be replaced by an electro-optical switch (a “switch”) as described above. In this case, the different forward fibers 51, 52, 53 can have the same length, as well as the different return fibers 54, 55, 56. The measuring system is then configured so that the source 21 emits three successive light pulses, and the “switch” is controlled jointly to direct the first pulse towards fiber 51, then to direct the second pulse towards fiber 52, and finally to direct the third pulse towards fiber 53. These three pulses, initially emitted on different dates , therefore reach the common detector 31 at different times even if the travel times of the three measurement channels are identical. This variant could also be implemented by retaining the fiber coupler 351, and replacing the fiber coupler 356 with such a switch (instead of the reverse). The joint control of the source and the switch is for example carried out by an electronic unit of the measuring system, configured for this purpose.
Comme déjà indiqué, lesystème de mesure 4 ; 5 selon le quatrième et cinquième mode de réalisationdiffère des trois premiers modes de réalisation en ce qu’il comprend trois fibres retour 54, 55, 56 et une seule fibre aller 51 (
Le système de mesure 4 selon le quatrième mode de réalisation comprend un interrogateur 410 qui inclut une source de lumière, 21, et un détecteur de lumière, 31. La fibre aller 51, commune aux trois voies de mesure, est reliée d’une part à la source 21, et d’autre part à la tête opto-mécanique 460. Sur cette tête, les trois fibres retour 54, 55, 56 (fibres de pointage) sont par exemple disposées aux trois sommets d’un triangle, par exemple équilatéral. La fibre aller 51, commune, peut par exemple être placée au centre de ce triangle. Le champ d’émission de la fibre aller 51 (après traversée éventuelle d’un collimateur associée à cette fibre) est suffisamment large sur le plan angulaire pour qu’une partie de lumière émise par cette fibre atteigne les trois collimateurs couplés aux fibres retour 54, 55, 56, après réflexion sur la surface libre du liquide 8.The measurement system 4 according to the fourth embodiment comprises an interrogator 410 which includes a light source, 21, and a light detector, 31. The forward fiber 51, common to the three measurement channels, is connected on the one hand to the source 21, and on the other hand to the opto-mechanical head 460. On this head, the three return fibers 54, 55, 56 (pointing fibers) are for example arranged at the three vertices of a triangle, for example equilateral. The common forward fiber 51 can for example be placed in the center of this triangle. The emission field of the forward fiber 51 (after possible crossing of a collimator associated with this fiber) is sufficiently wide on the angular plane for a part of the light emitted by this fiber to reach the three collimators coupled to the return fibers 54 , 55, 56, after reflection on the free surface of liquid 8.
Les trois fibres retour 54, 55, 56 sont reliées chacune au même détecteur 31 par l’intermédiaire d’un dispositif de couplage 451. Le dispositif de couplage 451 a, d’un côté, un port commun 452 relié au détecteur 31, et, de l’autre, trois ports de connexion 453, 454, 455 connectés respectivement aux trois fibres optiques retour 54, 55, 56. Dans le dispositif de couplage 451, chaque port de connexion est couplé optiquement (mais pas nécessairement en permanence) au port commun 452.The three return fibers 54, 55, 56 are each connected to the same detector 31 via a coupling device 451. The coupling device 451 has, on one side, a common port 452 connected to the detector 31, and , on the other, three connection ports 453, 454, 455 connected respectively to the three return optical fibers 54, 55, 56. In the coupling device 451, each connection port is optically coupled (but not necessarily permanently) to the common port 452.
Dans ce mode de réalisation, le dispositif de liaison 450 est agencé de manière à ce que des impulsions lumineuses, collectées respectivement par les trois fibres retour 54, 55, 56, atteignent le détecteur commun 31, à des instants différents.In this embodiment, the connection device 450 is arranged so that light pulses, collected respectively by the three return fibers 54, 55, 56, reach the common detector 31, at different times.
Pour cela, le dispositif de couplage 451 peut par exemple être réalisé sous la forme d’un coupleur fibré trois vers un 451A (
Une impulsion initiale, émise par la source, est alors acheminée par la fibre aller 51 jusqu’à la tête 460. Une partie de cette impulsion se réfléchit sur un premier point (ou une première zone) de la surface libre 9 puis est collectée par la fibre retour 54, formant une première impulsion retour. De la même manière, les fibres retour 55 et 56 collectent deux autres impulsions retour, correspondant à des réflexions en deux autres points (ou deux autres zones) de la surface libre 9. Ces trois impulsions retour sont acheminées jusqu’au détecteur 31, et atteignent le détecteur à des instants différents, grâce aux différences de longueurs entre fibres mentionnées ci-dessus.An initial pulse, emitted by the source, is then routed by the forward fiber 51 to the head 460. Part of this pulse is reflected on a first point (or a first zone) of the free surface 9 then is collected by the return fiber 54, forming a first return pulse. In the same way, the return fibers 55 and 56 collect two other return pulses, corresponding to reflections at two other points (or two other zones) of the free surface 9. These three return pulses are routed to the detector 31, and reach the detector at different times, thanks to the differences in length between fibers mentioned above.
Le dispositif de couplage 451 peut aussi être réalisé sous la forme d’un switch électro-optique commandable, 451B (
Le système de mesure 5 du cinquième mode de réalisation est comparable à celui du quatrième mode de réalisation, si ce n’est qu’il comprend une seule fibre retour 54 et trois fibres aller 51, 52, 53 au lieu de l’inverse. Les trois fibres aller 51, 52, 53 sont reliées à la même source, 21, par le même dispositif de couplage 451 que celui présenté plus haut.The measurement system 5 of the fifth embodiment is comparable to that of the fourth embodiment, except that it comprises a single return fiber 54 and three forward fibers 51, 52, 53 instead of the reverse. The three forward fibers 51, 52, 53 are connected to the same source, 21, by the same coupling device 451 as that presented above.
Les trois fibres aller 51, 52, 53 sont disposés sur la tête 560 aux trois sommets d’un triangle, par exemple équilatéral. La fibre retour 54, commune aux trois voies de mesure, est par exemple située au centre de ce triangle. Le champ de collection de la fibre retour 54 (généralement pourvue d’un collimateur) est suffisamment large sur le plan angulaire pour collecter de la lumière à la fois de la fibre aller 51, de la fibre aller 52 et de la fibre aller 53.The three forward fibers 51, 52, 53 are arranged on the head 560 at the three vertices of a triangle, for example equilateral. The return fiber 54, common to the three measurement channels, is for example located in the center of this triangle. The collection field of the return fiber 54 (generally provided with a collimator) is sufficiently wide on the angular plane to collect light from both the forward fiber 51, the forward fiber 52 and the forward fiber 53.
Le dispositif de liaison 550 est agencé de manière à ce que les impulsions lumineuses, émises respectivement par les trois fibres aller 51, 52, 53 pour réaliser les trois mesures de distance, atteignent le détecteur 31 à des instants différents, sans se superposer temporellement l’une à l’autre.The connection device 550 is arranged in such a way that the light pulses, emitted respectively by the three forward fibers 51, 52, 53 to carry out the three distance measurements, reach the detector 31 at different times, without overlapping temporally. 'one to the other.
Pour cela, le dispositif de couplage 451 peut, comme précédemment, être réalisé sous la forme du coupleur fibré trois vers un 451A, les trois fibres aller 51, 52, 53 ayant alors des longueurs différentes, de sorte que la différence de temps Δtpropagentre les temps de parcours respectifs de la lumière dans deux quelconques de ces trois fibres soit supérieure ou égale à la durée Δtpulsedes impulsions lumineuses émises par la source 21 (voire supérieure à trois fois Δtpulse). Ainsi, une impulsion initiale émise par la source 21 est divisée en trois impulsions par le coupleur fibré 451A, ces trois impulsions cheminant respectivement dans la fibre 51, 52 et 53, pour atteindre la tête 560 à trois instants successifs différents (du fait de cette différence de longueur), ce qui permet de réaliser les trois mesures de distances correspondantes indépendamment l’une de l’autre, même si le système comprend une seule fibre retour et un seul détecteur.For this, the coupling device 451 can, as previously, be produced in the form of the three-to-one fiber coupler 451A, the three forward fibers 51, 52, 53 then having different lengths, so that the time difference Δt propagate between the respective travel times of the light in any two of these three fibers is greater than or equal to the duration Δt pulse of the light pulses emitted by the source 21 (or even greater than three times Δt pulse ). Thus, an initial pulse emitted by the source 21 is divided into three pulses by the fiber coupler 451A, these three pulses traveling respectively in the fiber 51, 52 and 53, to reach the head 560 at three different successive instants (due to this difference in length), which makes it possible to carry out the three corresponding distance measurements independently of each other, even if the system includes a single return fiber and a single detector.
Le dispositif de couplage 451 peut, là aussi, être réalisé sous la forme du switch électro-optique commandable 451B. Dans ce cas, la source lumineuse émet trois impulsions lumineuses successives, dirigées par le switch respectivement vers la fibre 51, puis vers la fibre 52, et enfin vers la fibre 53.The coupling device 451 can, here too, be produced in the form of the controllable electro-optical switch 451B. In this case, the light source emits three successive light pulses, directed by the switch respectively towards fiber 51, then towards fiber 52, and finally towards fiber 53.
Dans les différents modes de réalisation décrits ci-dessus, le système de mesure 1 ; 2 ; 3 ; 4 ; 5 peut comprendre au moins une unité électronique (non représentée),
- reliée au détecteur 31 ou détecteurs 31, 32, 33 de lumière, et
- configurée pour déterminer:
- une position et une inclinaison de la surface libre 9 du liquide 8, ou pour déterminer une donnée représentative d’un volume occupé par ce liquide 8 dans le réservoir qui le contient,
- à partir de signaux électriques, d’écho, produits par le ou les détecteurs de lumière lors de la réception des impulsions lumineuses retour.
- connected to the light detector 31 or detectors 31, 32, 33, and
- configured to determine:
- a position and an inclination of the free surface 9 of the liquid 8, or to determine a data representative of a volume occupied by this liquid 8 in the tank which contains it,
- from electrical, echo signals produced by the light detector(s) upon reception of the return light pulses.
Comme déjà indiqué, l’inclinaison de la surface libre du liquide est par exemple caractérisée par deux angles d’inclinaison.As already indicated, the inclination of the free surface of the liquid is for example characterized by two angles of inclination.
L’unité électronique est par exemple configurée pour déterminer ces quantités à partir de décalages temporels entre les signaux d’échos, et un signal de référence qui repère par exemple l’instant d’émission d’une impulsion initiale. Le lien entre les quantités à déterminer (position/inclinaison et/ou volume restant) d’une part, et ces décalages temporels d’autre part, peut par exemple être déterminé lors d’une phase préalable de calibration du système de mesure (voire de l’ensemble système de mesure et réservoir). Ce lien peut être stocké dans l’unité électronique, par exemple sous la forme d’une table de correspondance, ou sous la forme d’une formule de conversion paramétrée par des coefficients, dont les valeurs sont déterminées lors de la calibration (les valeurs des coefficients étant ensuite stockées dans une mémoire de l’unité électronique).The electronic unit is for example configured to determine these quantities from time shifts between the echo signals, and a reference signal which identifies for example the instant of emission of an initial pulse. The link between the quantities to be determined (position/incline and/or remaining volume) on the one hand, and these time shifts on the other hand, can for example be determined during a prior phase of calibration of the measuring system (or even of the measuring system and tank assembly). This link can be stored in the electronic unit, for example in the form of a correspondence table, or in the form of a conversion formula parameterized by coefficients, the values of which are determined during calibration (the values coefficients then being stored in a memory of the electronic unit).
L’unité électronique comprend un circuit électronique incluant une interface pour recevoir les signaux électriques mentionnés plus haut, ainsi qu’un calculateur électronique (microprocesseur, ou circuit programmable à la volée, par exemple, …).The electronic unit comprises an electronic circuit including an interface for receiving the electrical signals mentioned above, as well as an electronic computer (microprocessor, or programmable circuit on the fly, for example, etc.).
Comme indiqué dans la partie « résumé », ce système de mesure peut notamment équiper un aéronef, la tête opto-mécanique étant alors montée sur une paroi d’un réservoir de cet aéronef.As indicated in the “summary” section, this measurement system can in particular equip an aircraft, the opto-mechanical head then being mounted on a wall of a tank of this aircraft.
Différentes variantes peuvent être apportées au système de mesure qui vient d’être décrit, en plus de celles déjà mentionnées.Different variants can be made to the measurement system which has just been described, in addition to those already mentioned.
Ainsi, le système de mesure pourrait par exemple comprendre plus de trois voies de mesure, par exemple quatre ou cinq voies de mesures différentes. Le système pourrait ainsi comprendre cinq couples de fibres aller et retour, et cinq collimateurs associés, pour mesurer la distance entre la tête et la surface du liquide en cinq points différents, afin d’obtenir une forme de redondance entre mesures pour déterminer la position et inclinaison de la surface du liquide (ou le volume de liquide) de manière encore plus robuste et précise.
Thus, the measurement system could for example include more than three measurement channels, for example four or five different measurement channels. The system could thus include five pairs of back and forth fibers, and five associated collimators, to measure the distance between the head and the surface of the liquid at five different points, in order to obtain a form of redundancy between measurements to determine the position and tilting the liquid surface (or liquid volume) even more robustly and precisely.
Claims (12)
- une ou plusieurs sources de lumière (21, 22, 23) chacune apte à délivrer des impulsions lumineuses,
- un ou plusieurs détecteurs (31, 32, 33) de lumière,
- une tête opto-mécanique (160 ; 160’ ; 160’’ ; 460 ; 560), et
- un dispositif de liaison (150 ; 250 ; 350 ; 450 ; 550) par fibres optiques reliant la ou les sources de lumière (21, 22, 23) à la tête opto-mécanique, et reliant le ou les détecteurs (31, 32, 33) à la tête opto-mécanique,
- dans lequel la tête opto-mécanique (160 ; 160’ ; 160’’ ; 460 ; 560) comprend au moins trois collimateurs (161, 162, 163 ; 161’ ; 161’’, 162’’, 163’’) distincts associés optiquement à trois fibres optiques (51, 52, 53 ; 54, 55 ,56) distinctes du dispositif de liaison (150 ; 250 ; 350 ; 450 ; 550), les trois fibres étant reliées à la source ou aux sources de lumière; ou étant reliées au détecteur ou détecteurs de lumière.
- one or more light sources (21, 22, 23) each capable of delivering light pulses,
- one or more light detectors (31, 32, 33),
- an opto-mechanical head (160; 160';160'';460; 560), and
- a connection device (150; 250; 350; 450; 550) by optical fibers connecting the light source(s) (21, 22, 23) to the opto-mechanical head, and connecting the detector(s) (31, 32, 33) to the opto-mechanical head,
- in which the opto-mechanical head (160; 160';160'';460; 560) comprises at least three associated distinct collimators (161, 162, 163; 161';161'',162'',163'') optically to three optical fibers (51, 52, 53; 54, 55, 56) distinct from the connecting device (150; 250; 350; 450; 550), the three fibers being connected to the source or sources of light; or being connected to the light detector or detectors.
- une position et une inclinaison d’un niveau de liquide, ou une donnée représentative d’un volume de liquide présent dans un réservoir,
- à partir de signaux électriques délivrés par le ou les détecteurs de lumière lors de la réception d’impulsions lumineuses, reçues par le ou les détecteur en réponse à l’émission d’une ou plusieurs impulsions lumineuses par la ou les sources de lumière.
- a position and inclination of a liquid level, or data representative of a volume of liquid present in a tank,
- from electrical signals delivered by the light detector(s) upon reception of light pulses, received by the detector(s) in response to the emission of one or more light pulses by the light source(s).
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR2207569A FR3138209A1 (en) | 2022-07-22 | 2022-07-22 | Optical liquid level measurement system |
PCT/FR2023/051003 WO2024018135A1 (en) | 2022-07-22 | 2023-06-30 | System for optically measuring a liquid level |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR2207569 | 2022-07-22 | ||
FR2207569A FR3138209A1 (en) | 2022-07-22 | 2022-07-22 | Optical liquid level measurement system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
FR3138209A1 true FR3138209A1 (en) | 2024-01-26 |
Family
ID=83996896
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
FR2207569A Pending FR3138209A1 (en) | 2022-07-22 | 2022-07-22 | Optical liquid level measurement system |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
FR (1) | FR3138209A1 (en) |
WO (1) | WO2024018135A1 (en) |
Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4182935A (en) * | 1976-12-07 | 1980-01-08 | International Standard Electric Corporation | Optical fiber data transmission system |
US4996418A (en) * | 1987-01-07 | 1991-02-26 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Wide range fiber optical displacement sensor |
US5291031A (en) * | 1992-04-06 | 1994-03-01 | Telecommunications Research Laboratories | Optical phase difference range determination in liquid level sensor |
US6040897A (en) * | 1998-04-29 | 2000-03-21 | Laser Technology, Inc. | Remote sensor head for laser level measurement devices |
US20110026015A1 (en) * | 2008-04-04 | 2011-02-03 | Yvan Mimeault | Optical level measurement device and method |
US20150153212A1 (en) * | 2013-11-29 | 2015-06-04 | Airbus Operations Limited | Fuel surface height measurement |
US20170003157A1 (en) * | 2015-06-30 | 2017-01-05 | Airbus Operations Limited | Aircraft fuel measurement |
CN110940396A (en) * | 2019-11-02 | 2020-03-31 | 复旦大学 | High-precision laser measuring device for propellant liquid level |
US20200326224A1 (en) * | 2019-04-10 | 2020-10-15 | The Boeing Company | Non-Contact Time-of-Flight Fuel Level Sensor Using Plastic Optical Fiber |
WO2021199027A1 (en) * | 2020-04-02 | 2021-10-07 | Lidwave Ltd. | Method and apparatus for mapping and ranging based on coherent-time comparison |
-
2022
- 2022-07-22 FR FR2207569A patent/FR3138209A1/en active Pending
-
2023
- 2023-06-30 WO PCT/FR2023/051003 patent/WO2024018135A1/en unknown
Patent Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4182935A (en) * | 1976-12-07 | 1980-01-08 | International Standard Electric Corporation | Optical fiber data transmission system |
US4996418A (en) * | 1987-01-07 | 1991-02-26 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Wide range fiber optical displacement sensor |
US5291031A (en) * | 1992-04-06 | 1994-03-01 | Telecommunications Research Laboratories | Optical phase difference range determination in liquid level sensor |
US6040897A (en) * | 1998-04-29 | 2000-03-21 | Laser Technology, Inc. | Remote sensor head for laser level measurement devices |
US20110026015A1 (en) * | 2008-04-04 | 2011-02-03 | Yvan Mimeault | Optical level measurement device and method |
US20150153212A1 (en) * | 2013-11-29 | 2015-06-04 | Airbus Operations Limited | Fuel surface height measurement |
US20170003157A1 (en) * | 2015-06-30 | 2017-01-05 | Airbus Operations Limited | Aircraft fuel measurement |
US20200326224A1 (en) * | 2019-04-10 | 2020-10-15 | The Boeing Company | Non-Contact Time-of-Flight Fuel Level Sensor Using Plastic Optical Fiber |
CN110940396A (en) * | 2019-11-02 | 2020-03-31 | 复旦大学 | High-precision laser measuring device for propellant liquid level |
WO2021199027A1 (en) * | 2020-04-02 | 2021-10-07 | Lidwave Ltd. | Method and apparatus for mapping and ranging based on coherent-time comparison |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2024018135A1 (en) | 2024-01-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20140176933A1 (en) | Light detecting and ranging sensing apparatus and methods | |
TWI286617B (en) | Small form factor all-polymer optical device with integrated dual beam path based on total internal reflection optical turn | |
US10816789B2 (en) | Optical probes that include optical-correction components for astigmatism correction | |
FR2783330A1 (en) | Observation apparatus for interior of body, comprises illumination source, sweeping unit, flexible fiber optic channel, and optical block adjacent to object and image presentation unit | |
FR2817339A1 (en) | THREE-DIMENSIONAL LIFTING DEVICE OF A LASER EMISSION SCENE | |
WO2002050565A1 (en) | Laser anemometer | |
FR3138209A1 (en) | Optical liquid level measurement system | |
FR2834565A1 (en) | DEVICE FOR ENTERING AND / OR EXTINGUISHING OPTICAL SIGNALS INTO A LIGHT WAVEGUIDE | |
CN113280914A (en) | Low artifact, high speed, balanced optical detector array | |
US5781305A (en) | Fiber optic transmissometer | |
EP0429332A1 (en) | Method and device for determining characteristics of a lens, in particular, of its power | |
EP0605297B1 (en) | Device for the measurement of the index profile of a preform for an optical fibre comprising a core and an outer cladding | |
EP2364455B1 (en) | Rangefinder | |
US20220155456A1 (en) | Systems and Methods for Real-Time LIDAR Range Calibration | |
EP3607352B1 (en) | Device for acquiring data on a target, platform and method therefor | |
JP2023500601A (en) | Multilayer optical devices and systems | |
EP0559551A1 (en) | Optical coupler with high cross-talk rejection | |
JP2000338359A (en) | Optical monitor module | |
FR2520123A1 (en) | Automatic test equipment for opto-electronic system - has light generator and fibre=optic transmission of light onto photodetector | |
FR3138205A1 (en) | Multi-target optical rangefinder | |
EP0277877A2 (en) | Speedometer with a fibre-optic array | |
FR3119683A1 (en) | Observation system and method and method of manufacturing such a system | |
FR2567651A1 (en) | Equipment for measuring the speed of a projectile by interferometry using a laser beam propagated by a single optical waveguide | |
FR2725788A1 (en) | Fibre=optic refractometer with integrated beam separators | |
EP0591911A2 (en) | Interferometer comprising an integrated arrangement and a reflecting part which are separated from each other by a measurement zone |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 2 |
|
PLSC | Publication of the preliminary search report |
Effective date: 20240126 |