WO2015114240A1 - Dispositif de recouvrement des capacites de transmission d'une liaison fibrée soumise à des radiations ionisantes ou non ionisantes - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to the technical field of recovering the transmission capacities of a fiber connection subjected to ionizing or non-ionizing radiations.
- the invention finds a particularly advantageous application in the case of any type of fibered connections and optical fiber sensors capable of operating in a radiative environment.
- This type of link is for example in the fields of military nuclear, nuclear civil (nuclear power plants, storage of nuclear waste, medical facilities ...), fusion by magnetic or inertial confinement, space ...
- Another solution is to pre-treat or post-treat optical fibers to reduce their degradation under irradiation or cover their performance after the end of irradiation.
- the applied treatments have an efficiency that will depend on the service life and the use profile of the installation. The diversity of applications and radiative environments of interest therefore makes the effectiveness and applicability of these treatments very uncertain.
- these treatments can also unacceptably affect the optical performance of the optical fibers. This is particularly the case for pre-treatments such as preirradiation or a hydrogen or deuterium feed of the optical fiber.
- the annealing of the optical fiber requires either to uninstall the optical fiber, to heat treat it and then to reinstall it, or to be able to apply the heat treatment along the cable way which is excessively heavy for most installations and applications.
- Another solution is known in which optical fibers are replaced when they have unacceptable transmission capacities. Such a replacement is not always possible after installation of the optical fiber, considering constraints such as accessibility to the link, radiation protection constraints or associated costs.
- the object of the invention is to remedy these disadvantages in a simple, safe, effective and rational manner.
- the problem to be solved by the invention is to ensure the recovery of the transmission capacity of optical fiber links that may be altered upon exposure to ionizing or non-ionizing radiation from the moment one of the at least ends of the optical link or optical fiber sensor, is accessible.
- a device for recovering the transmission capacitances of a fiber-bonded connection subjected to ionizing or non-ionizing radiations comprising, in combination, at least one microstructured optical fiber with apertures. air parallel to the axis of propagation in said fiber and at least one remote treatment unit coupled to one of the accessible ends of the fiber and capable of injecting a gas through holes of said fiber in order to passivate the defects induced by radiation.
- micro-structured fibers with air holes parallel to the axis of propagation is well known to a person skilled in the art.
- These photonic crystal fibers are a class of optical fibers consisting of an arrangement of air holes parallel to the axis of propagation in a silica matrix.
- the holes do not necessarily fulfill a light-guiding function as for the micro-structured fibers of the state of the art but participate directly in the applicability of the covering of the transmission during or after irradiation.
- This type of optical fiber makes it possible to circumvent the chromatic dispersion by varying the diameter of the holes and their spacing.
- optical fibers can be used in the context of installations associated with high levels of irradiation.
- Significant performance of the link integration of optical fiber sensors is achieved.
- the device according to the invention can, moreover, be applied at any time throughout the lifetime of the optical sensor link and its effectiveness does not depend on the age of the fiber connection as it does. is the case according to the state of the art.
- the claimed solution avoids replacing the optical fiber used.
- the remote treatment unit comprises a reactor (enclosure or tank) for loading gas and a means for connecting said reactor to the optical fiber to allow transfer of gas through the holes of said fiber.
- the reactor has means capable of adjusting the nature and / or the quantity and / or the injection duration of the gas.
- the possible gases can be either hydrogen or deuterium, without thereby excluding other gases capable of perform the same functions for the same results.
- Another problem that the invention proposes to solve is to be able to monitor in real time the kinetics of treatment in order to optimize the duration and the gas injection conditions for all the optical fibers and their use profile, to minimize the duration of the maintenance making it possible to recover the transmission in the fibered connection of the optical fiber sensor.
- the other end of the fiber considered opposite the connection end with the processing unit is connected to OTDR tools for real-time monitoring and with a precision that can go to a few millimeters the overlap of the transmission along the fibered link.
- FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an example given by way of non-limiting indication of a micro-structured optical fiber with air holes parallel to the axis of propagation;
- FIG. 2 is a block diagram of the recovery device according to the invention.
- the covering device implements at least one optical fiber (1) containing in its optical cladding (1a) air holes (1b) extending parallel to the axis of propagation (the) of the mode (s). (s) guided.
- This type of sheath (1) is well known to a person skilled in the art and may have different embodiments.
- the number and shape of the holes (1b) can be arbitrary.
- This kind of apertured optical fibers may be monomode or multimode and include, for example, microstructured fibers having a solid core of pure or doped silica, hollow core fibers or fibers having holes incorporated between the preforming and drawing phases of the preform in the form of optical fibers.
- the optical fiber may have any type of coating with regard to the proposed technique and curing, for which mention may be made, by way of non-limiting indication, acrylate, polyamide, metal, ...
- the length of the fiber (1) is arbitrary and is not limited and can follow any type of linear path or not in order to be perfectly integrated with the installation in question.
- the optical fiber (1) as defined in order to be processed following a degradation of its optical properties resulting in particular from radiation is connected to at least one of its ends accessible to a remote treatment unit.
- This treatment unit (E) comprises a reactor, enclosure or tank (2) for loading gas and a connecting means (3) between said reactor (2) and the optical fiber (1) to allow the transfer of the gas through holes (1b) of said fiber (1).
- the gas will naturally migrate into the holes (1b) and its concentration equilibrate throughout the optical fiber (1), the gas content of the holes being adjusted thanks to the reactor loading parameters ( 2) (pressure, ). Considering the proximity between the holes and the light propagation zone in the transverse section of the optical fiber, the gas will rapidly migrate into this light propagation zone and come to passivate the radiation-induced defects responsible for the degradation. of the optical fiber (1). Very quickly, the action of the gas will result in the recovery of the transmission of the totality or almost all of the transmission capacity of the length of the fiber optic link or sensor.
- the nature of the gas, the quantity of gas and the duration of the injection can be adjusted thanks to the reactor (2).
- the gases known to pass efficiently the radiation-induced defects and thus reduce the optical losses due to radiation mention may be made of hydrogen and deuterium, without excluding any other gas depending on the specificities of the fiber deployed within irradiation.
- the gas content in the holes (1b) of the fiber (1), and therefore in the core of the fiber can be adjusted by varying the pressure inside the reactor (2) and the duration of the treatment.
- the optical fiber (1) can be degassed rapidly leaving the holes (1b) in the air. This makes it possible to rapidly eliminate the molecular gas present in the fiber. This gas residue can, for some applications, reduce the performance of the optical link or the sensor.
- the device of the invention allows on the contrary a definitive loading, to avoid this type of problem.
- the other end of the optical fiber (1) considered opposite the connection end with the entire processing (E) can be connected to reflectometry tools.
- the injection end of the gas is equipped with a coupler, one of which includes arms for the passage of gases, is connected to reflectometry tools.
- the injection end of the gas is equipped with a coupler, one of whose arms comprises holes for the passage of gases, while the other end, if it is accessible, allows perform absorption, transmission or spectral attenuation measurements.
- the device allows a recovery of the transmission of the fiber without replacement or intervention on the site can be irradiating, which provides great flexibility for maintenance with a significant decrease in costs.
- the invention can be integrated into future major physics instruments or any type of nuclear installation.
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Abstract
Ce dispositif comprend en combinaison au moins une fibre optique (1) microstructurée avec des trous parallèles à l'axe de propagation dans ladite fibre (1) et au moins un ensemble de traitement déporté (E) accouplé à l'une des extrémités accessibles de la fibre (1) et apte à injecter un gaz au travers des trous (1b) de ladite fibre (1) afin de passiver les défauts induits par radiation.
Description
DISPOSITIF DE RECOUVREMENT DES CAPACITES DE
TRANSMISSION D'UNE LIAISON FIBRÉE SOUMISE À DES RADIATIONS IONISANTES OU NON IONISANTES L'invention concerne le domaine technique du recouvrement des capacités de transmission d'une liaison fibrée soumise à des radiations ionisantes ou non ionisantes.
L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le cas de tout type de liaisons fibrées et capteurs à fibres optiques susceptibles d'opérer en environnement radiatif. Ce type de liaisons se trouve par exemple dans les domaines du nucléaire militaire, nucléaire civil (centrales nucléaires, stockage des déchets nucléaires, installations de médecine...), de la fusion par confinement magnétique ou inertiel, du spatial ...
Selon l'état de la technique, différentes solutions ont été proposées pour résoudre le problème posé du recouvrement des capacités de transmission des liaisons à fibres optiques altérées lors de leur exposition à des radiations ionisantes ou non ionisantes. En effet, ces capacités sont dégradées à cause du phénomène d'atténuation induite par irradiation relatif à la génération de défauts ponctuels dans la silice pure ou dopée constituant les fibres. Une solution consiste à utiliser certaines structures spécifiques de fibres optiques qui sont tolérantes aux environnements associés aux applications envisagées grâce à des compositions optimisées. Selon cette solution l'atteinte d'une bonne tenue à un environnement radiatif peut limiter la panoplie de fibres optiques accessibles et par conséquent réduire les performances envisageables pour l'application en termes d'atténuation
linéique, ou de dispersion chromatique ou encore de sensibilité à des facteurs externes pour un capteur.
Une autre solution consiste à pré-traiter ou à post-traiter des fibres optiques afin de diminuer leur dégradation sous irradiation ou de recouvrir leurs performances après la fin de l'irradiation. Selon cette solution, les traitements appliqués ont une efficacité qui va dépendre de la durée de vie et du profil d'emploi de l'installation. La diversité des applications et des environnements radiatifs d'intérêt rend donc très aléatoire l'efficacité et l'applicabilité de ces traitements. De plus, ces traitements peuvent également affecter de manière inacceptable les performances optiques des fibres optiques. C'est le cas notamment des pré-traitements tels qu'une préirradiation ou un chargement en hydrogène ou en deuterium de la fibre optique. En ce qui concerne les post-traitements, le recuit de la fibre optique nécessite, soit de désinstaller la fibre optique, de la traiter thermiquement puis de la réinstaller, soit de pouvoir appliquer le traitement thermique tout au long du chemin de câble ce qui est excessivement lourd pour la plupart des installations et applications visées. On connaît également une autre solution selon laquelle on remplace les fibres optiques lorsqu'elles présentent des capacités de transmission inacceptables. Un tel remplacement n'est pas toujours possible après installation de la fibre optique, en considérant les contraintes telles que l'accessibilité à la liaison, les contraintes de radioprotection ou les coûts associés.
L'invention s'est fixée pour but de remédier à ces inconvénients d'une manière simple, sûre, efficace et rationnelle.
Le problème que se propose de résoudre l'invention est d'assurer le recouvrement des capacités de transmission des liaisons à fibres optiques susceptibles d'être altérées lors de leur exposition à des radiations ionisantes ou non ionisantes à partir du moment où l'une des extrémités au moins de la liaison optique ou du capteur à fibres optiques, est accessible.
Pour résoudre un tel problème il a été conçu et mis au point un dispositif de recouvrement des capacités de transmission d'une liaison fibrée soumise à des radiations ionisantes ou non ionisantes comprenant, en combinaison, au moins une fibre optique microstructurée avec des trous d'air parallèles à l'axe de propagation dans ladite fibre et au moins un ensemble de traitement déporté accouplé à l'une des extrémité accessibles de la fibre et apte à injecter un gaz au travers de trous de ladite fibre afin de passiver les défauts induits par radiation.
On rappelle que ce type de fibres micro-structurées avec des trous d'air parallèles à l'axe de propagation est parfaitement connu pour un homme du métier. Ces fibres à cristaux photoniques sont une classe de fibres optiques constituées d'un arrangement de trous d'air parallèles à l'axe de propagation dans une matrice de silice. Dans le cas de l'invention, les trous ne remplissent pas obligatoirement une fonction de guidage de la lumière comme pour les fibres micro-structurées de l'état de l'art mais participent directement à l'applicabilité du recouvrement de la transmission durant ou après une irradiation.
Ce type de fibres optiques permet de contourner la dispersion chromatique en variant le diamètre des trous et leur espacement.
Il résulte des caractéristiques à la base de l'invention, que tous les types de fibres optiques peuvent être utilisés dans le cadre d'installations
associées à de forts niveaux d'irradiation. On atteint de manière significative les possibilités d'intégration de liaison des capteurs à fibres optiques de performance optimale. Le dispositif selon l'invention peut, par ailleurs, être appliqué à n'importe quel moment tout au long de la durée de vie de la liaison du capteur optique et son efficacité ne dépend pas de l'âge de la liaison fibrée comme c'est le cas selon l'état de la technique. La solution revendiquée évite de remplacer la fibre optique utilisée. Enfin, on observe également la possibilité d'ajuster le traitement afin d'optimiser, dans les meilleurs conditions, son influence positive sur les pertes induites par leur radiation sans altérer les performances optiques, ce qui est le cas selon les solutions de l'état de la technique.
Selon une autre caractéristique pour résoudre le problème posé de traiter à distance et tout au long de la fibre optique les dommages en terme de pertes induites, l'ensemble de traitement déporté comprend un réacteur (enceinte ou réservoir) de chargement en gaz et un moyen de liaison entre ledit réacteur et la fibre optique pour permettre le transfert du gaz au travers des trous de ladite fibre. Selon une autre caractéristique, le réacteur présente des moyens aptes à ajuster la nature et/ou la quantité et/ou la durée d'injection du gaz.
Pour résoudre le problème posé de passiver efficacement les défauts induits par irradiation et diminuer les pertes optiques dues à de telles radiations, les gaz possibles peuvent être soit, de l'hydrogène, soit du deutérium, sans pour cela exclure d'autres gaz aptes à remplir les mêmes fonctions en vue des mêmes résultats.
Un autre problème que se propose de résoudre l'invention est de pouvoir suivre en temps réel les cinétiques de traitement en vue d'optimiser
la durée et les conditions d'injection du gaz pour toutes les fibres optiques et leur profil d'emploi, de minimiser la durée de la maintenance permettant de recouvrer la transmission dans la liaison fibrée du capteur à fibres optiques.
Pour résoudre un tel problème l'autre extrémité de la fibre considérée à l'opposé de l'extrémité de connexion avec l'ensemble de traitement est reliée à des outils de réflectométrie optique permettant de suivre en temps réel et avec une précision pouvant aller à quelques millimètres le recouvrement de la transmission le long de la liaison fibrée.
Cette solution pourra être remplacée au cas où la seconde extrémité n'est pas accessible par un coupleur en X ou Y dont un bras est équipé de trous de chargement en gaz. L'invention est exposée ci-après plus en détail à l'aide des figures des dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 est une vue en coupe transversale à caractère schématique d'un exemple donné à titre indicatif non limitatif, d'une fibre optique micro-structurée avec des trous d'air parallèles à l'axe de propagation,
- la figure 2 est un schéma de principe du dispositif de recouvrement selon l'invention. Comme indiqué le dispositif de recouvrement met en œuvre au moins une fibre optique (1) contenant dans sa gaine optique (la) des trous d'air (lb) s'étendant parallèlement à l'axe de propagation (le) du ou des mode(s) guidé(s). Ce type de gaine (1) est parfaitement connu pour un homme du métier et peut présenter différentes formes de réalisation. Le nombre et la forme des trous (lb) peuvent être quelconques. Ce type de
fibres optiques à trous peut être monomode ou multimode et comprendre, par exemple, les fibres microstructurées à cœur plein en silice pure ou dopée, les fibres à cœur creux ou des fibres présentant des trous incorporés entre les phases de réalisation de la préforme et son étirage sous forme de fibres optiques. De même la fibre optique peut présenter tout type de revêtement eu égard à la technique et au durcissement proposés pour lesquels on peut citer, à titre indicatif non limitatif, les revêtements en acrylate, en polyamide, métallique, ... La longueur de la fibre (1) est quelconque et n'est pas limitée et peut suivre tout type de cheminement linéaire ou non afin d'être parfaitement intégrée à l'installation considérée.
Selon l'invention, la fibre optique (1) telle que définie en vue d'être traitée suite à une dégradation de ses propriétés optiques résultant notamment des radiations est connectée à au moins l'une de ses extrémités accessibles à un ensemble de traitement déporté (E) conformé pour injecter un gaz au travers des trous (lb) de la fibre (1) afin de passiver les défauts induits par irradiation. Cet ensemble de traitement (E) comprend un réacteur, enceinte ou réservoir (2) de chargement en gaz et un moyen de liaison (3) entre ledit réacteur (2) et la fibre optique (1) pour permettre le transfert du gaz au travers des trous (lb) de ladite fibre (1).
Il résulte de ces caractéristiques que le gaz va naturellement migrer dans les trous (lb) et sa concentration s'équilibrer tout au long de la fibre optique (1), la teneur des trous en gaz étant ajustée grâce aux paramètres de chargement du réacteur (2) (pression, ...). En considérant la proximité entre les trous et la zone de propagation de la lumière dans la section transverse de la fibre optique, le gaz va rapidement migrer dans cette zone de propagation de la lumière et venir passiver les défauts induits par irradiation et responsables de la dégradation de la fibre optique (1). Très rapidement, l'action du gaz va résulter en la récupération de la transmission de la totalité
ou quasi-totalité de la capacité de transmission de la longueur de la liaison ou du capteur à fibre optique.
La nature du gaz, la quantité de gaz et la durée de l'injection peuvent être ajustées grâce au réacteur (2).
Parmi les gaz connus pour passiver efficacement les défauts induits par irradiation et ainsi diminuer les pertes optiques dues aux radiations, on peut citer l'hydrogène, le deutérium, sans pour cela exclure tout autre gaz en fonction des spécificités de la fibre déployée au sein de l'irradiation. De la même façon, la teneur en gaz dans les trous (lb) de la fibre (1), et par conséquent dans le cœur de la fibre, peut être ajustée en faisant varier la pression à l'intérieur du réacteur (2) et la durée du traitement.
A noter également qu'après recouvrement des propriétés de transmission pré-irradiation, la fibre optique (1) peut être dégazée rapidement en laissant les trous (lb) à l'air. Ceci permet d'éliminer rapidement le gaz moléculaire présent dans la fibre. Ce résidu de gaz peut, pour certaines applications, diminuer les performances de la liaison optique ou du capteur. Le dispositif selon l'invention permet au contraire d'un chargement définitif, d'éviter ce type de problème.
Selon une autre caractéristique, dans une forme de réalisation, pour permettre d'optimiser la durée des conditions d'injection du gaz pour toutes les fibres optiques en fonction de leur application avec, pour objectif, de minimiser la durée de la maintenance afin de recouvrer la transmission de la liaison considérée, l'autre extrémité de la fibre optique (1) considérée à l'opposé de l'extrémité de connexion avec l'ensemble du traitement (E) peut être reliée à des outils de réflectométrie. Ces dispositions permettent de suivre en temps réel le résultat du traitement sur la transmission de la liaison fibrée ou du capteur, à la longueur d'ondes de l'application.
Dans le cas où la seconde extrémité n'est pas accessible, un coupleur en X ou Y dont un bras est équipé de trous de chargement en gaz permettra le suivi de l'opération de passivation des défauts induits par les radiations. Plus particulièrement, dans une forme de réalisation, l'extrémité d'injection du gaz est équipée d'un coupleur, dont l'un des bras que comprend des trous pour le passage des gaz, est relié à des outils de réflectométrie. Dans une autre forme de réalisation, l'extrémité d'injection du gaz est équipée d'un coupleur, dont l'un des bras comprend des trous pour le passage des gaz, tandis que l'autre extrémité, si elle accessible, permet d'effectuer des mesures d'absorption, de transmission ou d'atténuation spectrale.
Les avantages ressortent bien de la description, en particulier, on souligne et on rappelle, que le dispositif permet une récupération de la transmission de la fibre sans remplacement ou intervention sur le site pouvant être irradiant, ce qui assure une grande flexibilité pour une maintenance avec une diminution significative des coûts. L'invention peut être intégrée dans les futurs grands instruments de physique ou tout type d'installation nucléaire.
Claims
REVENDICATIONS
-1- Dispositif de recouvrement des capacités de transmission d'une liaison fibrée soumise à des radiations ionisantes ou non ionisantes caractérisé en ce qu'il comprend, en combinaison, au moins une fibre optique (1) microstructurée avec des trous d'air (lb) parallèles à l'axe de propagation dans ladite fibre (1) et au moins un ensemble de traitement déporté (E) accouplé à l'une des extrémité accessibles de la fibre (1) et apte à injecter un gaz au travers des trous (lb) de ladite fibre (1) afin de passiver les défauts induits par radiation.
-2- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ensemble de traitement déporté (E) comprend un réacteur, enceinte ou réservoir de chargement en gaz (2) et un moyen de liaison (3) entre ledit réacteur, enceinte ou réservoir (2) et la fibre optique (1) pour permettre le transfert du gaz au travers des trous (lb) de ladite fibre (1).
-3- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le réacteur enceinte ou réservoir (2) présente des moyens aptes à ajuster la nature et/ou la quantité et/ou la durée d'injection du gaz.
-4- Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le gaz est de l'hydrogène. -5- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz est du deutérium.
-6- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'autre extrémité de la fibre (1) considérée à l'opposé de
l'extrémité de connexion avec l'ensemble de traitement (E) est reliée à des outils de réflectométrie.
-7- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'extrémité d'injection du gaz est équipée d'un coupleur, dont l'un des bras que comprend des trous pour le passage des gaz, est relié à des outils de réflectométrie.
-8- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'extrémité d'injection du gaz est équipée d'un coupleur, dont l'un des bras comprend des trous pour le passage des gaz, tandis que l'autre extrémité, si elle accessible, permet d'effectuer des mesures d'absorption, de transmission ou d'atténuation spectrale.
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Publications (1)
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Family
ID=51417324
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Country Status (2)
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 15705652 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 15705652 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |