WO2017021447A1 - Dispositif de mesure de niveau de liquide par réflectrométrie optique, structure comprenant un tel dispositif et procédé de mesure correspondant - Google Patents

Dispositif de mesure de niveau de liquide par réflectrométrie optique, structure comprenant un tel dispositif et procédé de mesure correspondant Download PDF

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WO2017021447A1
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optical fiber
measuring device
liquid
sheath
free surface
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PCT/EP2016/068543
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Jocelyn Perisse
Jean-Reynald MACE
Sylvain Girard
Emmanuel Marin
Serena RIZZOLO
Aziz BOUKENTER
Youcef OUERDANE
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Areva Np
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    • G—PHYSICS
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    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Definitions

  • Device for measuring liquid level by optical reflectrometry structure comprising such a device and corresponding measurement method
  • the invention generally relates to liquid level measurements in nuclear installations, in particular storage tanks for spent fuel assemblies.
  • the invention relates to a device for measuring liquid level by optical reflectometry for a structure of a nuclear installation containing a volume of liquid, the volume of liquid being delimited by a bottom and by a free surface, the measuring device comprising:
  • At least one optical fiber designed to be immersed in the liquid through the free surface
  • a light source sending a light radiation into the optical fiber
  • an analyzer designed to analyze a light radiation backscattered by the optical fiber and to deduce the level of liquid from the bottom.
  • JP 2014-41023 describes such a device. This comprises a measuring well in hydrostatic equilibrium with the volume of liquid. The optical fiber is immersed in the liquid filling this well.
  • the invention aims to provide a measuring device that is easier to implement.
  • the invention relates to a measuring device of the aforementioned type, characterized in that the measuring device comprises a sheath in which is disposed the or each optical fiber, the sheath being permeable to the liquid.
  • the sheath serves as a tranquilizer. It isolates the optical fiber (s) from the environment and protects them mechanically. It can easily be installed in an existing installation, for example in a swimming pool.
  • the measuring device may have one or more of the following characteristics, considered individually or in any technically possible combination:
  • the sheath is pierced by a plurality of orifices
  • the measuring device comprises a ballast connected to a section of the optical fiber arranged to be disposed near the bottom;
  • the measuring device comprises a cage adapted to be disposed near the bottom, the ballast being free in a longitudinal direction inside the cage; the measuring device comprises a rigid support intended to be placed above the free surface, and at least one elongate member fixing the cage to the rigid support so that the weight of the cage is taken up by the rigid support without passing by the sheath;
  • the or each optical fiber comprises first and second branches parallel to each other and engaged in the sheath, and a U-shaped section connecting to each other the respective immersed ends of the first and second branches, the U-shaped section being provided to be located near the bottom, the first and second branches having respective emergent ends intended to be located above the free surface;
  • the ballast is a disc provided with a groove in which is engaged the U-section of the optical fiber
  • the measuring device comprises at least two optical fibers, one being coated with an acrylate coating and the other with a polyimide or metal coating;
  • the analyzer is of OFDR (optical reflectometry in the frequency domain) or OTDR (optical reflectometry in the time domain) type;
  • the analyzer is designed to determine the temperature profile along the or each optical fiber and to deduce the position of the free surface from the bottom.
  • the invention relates to a structure of a nuclear installation containing a volume of liquid, the volume of liquid being delimited by a bottom and by a free surface, the structure further comprising a device for level measurement by reflectometry comprising:
  • a light source sending a light radiation into the optical fiber
  • an analyzer designed to analyze a light radiation backscattered by the optical fiber and to deduce therefrom the level of liquid relative to the bottom
  • the measuring device comprising a sheath in which the or each optical fiber is disposed, the sheath being permeable to the liquid.
  • the optical reflectometry meter is typically in accordance with the first aspect of the invention.
  • the invention relates to a method of level measurement by optical reflectometry for a structure of a nuclear installation containing a volume of liquid, using a device as described above, the method comprising the following steps:
  • FIG. 1 represents a fuel assembly storage pool of a nuclear reactor, equipped with a reflectometry meter according to the invention
  • FIG. 2 schematically shows the lower part of a measuring device according to a first embodiment of the invention
  • FIG. 3 is a detailed view of the measuring device shown diagrammatically in FIG. 2;
  • FIG. 4 is a sectional view taken along the arrows IV of Figure 3;
  • FIG. 5 is a graph showing the temperature profile measured along the optical fiber of the device of FIGS. 2 and 3;
  • FIG. 6 is a view similar to that of Figure 5, showing the temperature profile measured along the optical fiber for a second embodiment of the measuring device of the invention.
  • the measuring device 1 is intended to be arranged in a structure 3 of a nuclear installation, which is a storage tank for spent fuel assemblies 5 in FIG.
  • This structure comprises a volume of liquid 7.
  • the volume of liquid is delimited by a bottom 9 and side walls January 1, and has upwardly a free surface 13.
  • the measuring device 1 is provided for measuring the liquid level, this liquid level corresponding to the height of liquid taken in a vertical direction from the bottom 9 to the free surface 13.
  • the liquid is typically water in the case of a spent fuel storage pool.
  • the measuring device 1 is usable for measuring the level of liquid in other structures of the nuclear reactor, for example other pools or tanks. It is also usable in a structure located in an installation other than a nuclear reactor, for example a spent fuel assembly reprocessing plant or any other installation of the fuel cycle.
  • the liquid is not necessarily water but can be any kind of aqueous or non-aqueous liquid.
  • the measuring device 1 comprises at least one optical fiber 15 intended to be immersed in the liquid 7 through the free surface 13, a light source 17 sending a light radiation into the or each optical fiber 15 , and an analyzer 19.
  • the detection of the liquid level is allowed by measuring the temperature distribution along the optical fiber.
  • Each optical fiber 15 thus has a portion immersed in the volume of liquid, and an emerging portion, extending above the free surface 13. Each optical fiber 15 extends to the bottom 9, or practically until background 9.
  • the analyzer 19 is designed to analyze a light radiation backscattered by each optical fiber 15, and to deduce the temperature distribution along the optical fiber and the liquid level with respect to the bottom 9.
  • the analyzer 19 is of the OFDR (Optical Frequency Domain Reflectometry) type.
  • the analyzer is of OTDR type (Optical Time Domain Reflectometry).
  • the light source is a laser 17, or any other light source suitable for the OFDR technique, or OTDR where appropriate.
  • the OFDR technique is known, and will only be briefly described here.
  • the light radiation coming from the light source 17 is distributed by a first coupler between two arms of an interferometer: a reference arm and a measurement arm.
  • the measuring arm is optically connected to the optical fiber 15 and transmits the light radiation to the optical fiber 15.
  • a second coupler, implanted on the measuring arm divides the light radiation to interrogate the length of the optical fiber 15.
  • the optical fiber 15 returns a light radiation, referred to here as backscattered light radiation, in the measurement branch.
  • the second coupler directs a portion of this light radiation backscattered in the reference arm.
  • a third coupler, implanted on the reference arm recombines the light radiation emitted by the source 17 and the backscattered light radiation.
  • a polarization divider and a polarization controller both implanted in the reference arm, are used to divide the recombinant light radiation equally between two orthogonal polarization states.
  • the interference between the light radiation returned and these two states of polarization is then recorded by detectors.
  • the analyzer 19 makes it possible to measure the complex reflection coefficient in each point of the optical fiber 15, as a function of the wavelength of the light radiation emitted by the light source 17. From the complex reflection coefficients, the reflection spectrum is calculated as a function of the frequency.
  • the reflectivity as a function of the fiber length is calculated by applying a Fourier transform to the reflection spectrum.
  • the data detected according to the two polarization states are used to perform the cross-correlation between the reference measurement and the actual measurement.
  • This cross-correlation gives the measurement of the temperature or the stress applied to the optical fiber thanks to a calibration and the presence of tabulations in the analyzer 19.
  • the light radiation backscattered by the optical fiber is caused by random fluctuations of the profile. of index along the length of the optical fiber 15.
  • the signature of the optical fiber as a function of distance is a specific property.
  • the term "signature" as a function of distance is understood to mean the spectrum of light radiation backscattered by each point of the optical fiber.
  • Each optical fiber has its own signature.
  • the analyzer 19 has calibration tables, making it possible to deduce the amplitude of the change in temperature or stress from the spectral shift.
  • the analyzer 19 couples this analysis with a measurement of flight time, thus making it possible to measure the temperature or the stress in a continuous or almost continuous manner throughout the optical fiber.
  • the reference signature of the optical fiber is measured as a function of distance, in a reference situation.
  • This reference signature is memorized by the analyzer 19.
  • the signature of the optical fiber as a function of the distance is then measured in real situation by the analyzer 19.
  • the dispersion spectra from the two measurements are then compared by the analyzer 19 cross-correlating the full length of the fiber, which is divided into units of length. Thanks to the cross-correlation, the degree of similarity between these two signals is measured, which makes it possible to trace the localization and the quantization of the perturbation applied to the optical fiber.
  • the length of the unit is chosen by the operator according to the length of the fiber to be considered and other parameters such as the conditions of use of the sensor.
  • a parameter external to the measuring device temperature, mechanical stress
  • this change is recorded as an offset of the wavelength obtained by the cross-correlation at this point.
  • the amplitude of the offset is a function of the amplitude of the modification of the external parameter.
  • the analyzer 19 typically, has tabs in memory, making it possible to determine the amplitude of the modification of the external parameter as a function of the offset of the wavelength.
  • the analyzer 19 typically analyzes the Rayleigh scattering spectral signature of the optical fiber. As a variant, the analyzer 19 analyzes the spectral signature of Raman scattering, or Brillouin, especially when the analyzer is of OTDR type.
  • the analyzer 19 and the light source 17 are offset in a measurement room 27, away from the volume of liquid.
  • the analyzer 19 is located in a different room from the room where the volume of liquid 7 is located.
  • This room is for example in another building, or is a room in the same building where the volume of liquid is located. and in all cases far enough not to be exposed to high temperatures and / or ionizing radiation, in particular cases of serious accident.
  • the measuring device comprises a sheath 29 in which the optical fiber or fibers is arranged.
  • the sheath 29 is permeable to the liquid. It is, like the optical fiber or fibers, immersed in the liquid through the free surface 13. The liquid fills the sheath 29 and bathes the optical fiber or fibers located inside the sheath 29.
  • the sheath 29 extends to the bottom 9, or practically to the bottom 9.
  • the sheath 29 is typically pierced with a multitude of small orifices 30, placing the internal volume of the sheath 29 in communication with the outside of the sheath. These orifices are shown enlarged in FIG.
  • the sheath 29 is typically in a plastic material resistant to temperature and irradiation.
  • she is in PEEK.
  • the sheath 29 is flexible and can be wound when the measuring device is not used, while having sufficient rigidity to protect the optical fibers from shocks.
  • the sheath 29 is obtained by helically winding a ribbon, in the manner of a shower pipe.
  • the ribbon is delimited laterally by edges provided to be able to attach to each other, so that each turn of the helical ribbon is fixed by its edges to the previous turn and the next turn.
  • the measuring device 1 comprises, for each optical fiber 15, a ballast 33, typically in the form of a disc, linked to a section of the optical fiber 15 provided to be disposed near the bottom 9. This maintains the optical fiber 15 with a controlled voltage, and vertical. This is important in particular to ensure that the optical fiber 15 does not come into contact with the sheath 29, which could create a local stress on this optical fiber 15 and distort the measurement.
  • a ballast 33 typically in the form of a disc
  • the measuring device 1 comprises a cage or plunger 35 intended to be arranged near the bottom 9.
  • the cage 35 comprises, for example, two concave half-shells attached to one another, the half-shells comprising slots 37 allowing the circulation of the liquid inside the cage 35.
  • the cage 35 internally delimits a chamber in which are housed or the ballast 33.
  • the chamber is elongate in a longitudinal direction L, shown in Figure 3. It has a shape such that the ballast 33 are free to move in the direction longitudinal L inside the chamber but not in the other directions.
  • the measuring device 1 further comprises a rigid support 39, visible in FIG. 5, intended to be placed above the free surface 13.
  • the rigid support 39 is typically rigidly fixed to the civil engineering of the structure 3, or to a support frame rigidly fixed itself to civil engineering.
  • the weight of the cage 35 also provides a necessary and sufficient tension so that the sheath 29 is straight vertical once immersed in the liquid.
  • the measuring device 1 comprises at least one elongate member 41 rigidly fixed by a first end to the cage 35 and a second end to the rigid support 39.
  • the measuring device comprises two elongate members 41. In a variant, the measuring device comprises more than two elongate members 41.
  • the members 41 are for example stainless steel cables.
  • Cleats 43 make it possible to keep the members 41 close to the sheath 29.
  • the rigid support 39 comprises a conduit 45 at which an upper end 47 of the sheath 29 is rigidly fixed.
  • the duct 45 thus extends the sheath 29.
  • the end of the conduit 45 opposite the sheath can be closed by a removable plug 49.
  • the cage 35 has, at one longitudinal end, a neck 51 defining a passage opening into the chamber delimited internally by the cage.
  • the internal space of the sheath 29 thus communicates with the chamber of the cage 35 through said passage and communicates with the internal volume of the duct 45.
  • the sheath 29 is arranged to continuously protect the optical fiber or fibers 15 from the rigid support 39 to an inlet through which the optical fiber or fibers 15 penetrate into the cage 35.
  • the or each optical fiber 15 comprises first and second legs 55 parallel to each other and engaged in the sheath 29, and a U-shaped section 57 connecting to each other respective submerged ends 59 of the first and second branches 55.
  • the optical fiber 15 follows a U-shaped profile.
  • the U-shaped section 57 is intended to be located near the bottom 9. This is visible in FIG. 2.
  • the first and second branches 55 also have respective emergent ends 61, designed to be situated above the free surface 13.
  • the U-shaped sections 87 of the or each optical fiber 15 is located outside the sheath 29, the first and second branches 55 being engaged in the sheath 29.
  • the U-shaped section 57 is housed inside the cage 35, and the emerged ends 61 are located inside the duct 45.
  • the emerged ends 61 are for example connected to an optical connector housed in the conduit 45.
  • the connector (not shown) is protected by the plug 49 when the measuring device is not used.
  • the emerged ends 61 are connected to the analyzer 19 by intermediate optical fibers 63, as shown in FIG.
  • the fibers 63 are for example in engagement with the connector.
  • Each ballast 33 is typically a disc provided with a groove 65, as shown in FIG. 4.
  • the U-section 57 of the optical fiber is engaged in the groove 65.
  • the measuring device comprises at least two optical fibers 15, and in one exemplary embodiment comprises four optical fibers 15.
  • the measuring device then comprises several ballasts 33 in the form of a disc. As seen in Figures 3 and 4, these discs are arranged in planes parallel to each other, and are stacked on each other. Each is free to move within the cage 35 independently of the others, in the longitudinal direction, so that each optical fiber 15 is stretched.
  • each ballast 33 weighs between five and fifty grams
  • each optical fiber 15 is chosen so as to withstand high levels of irradiation and temperatures.
  • At least one of the optical fibers 15 is coated with an acrylate coating, and at least one other is coated with a polyimide or metal coating.
  • an optical fiber is coated with a high temperature resistant acrylate coating, and three optical fibers are coated with a polyimide and / or metal coating.
  • the optical fibers are resistant to a temperature greater than 150 ° C, and irradiation greater than 1 MGy, preferably 5 MGy, more preferably 10 MGy. Resistors are understood to mean that the optical fibers remain usable as temperature sensors, without significant degradation of their performance.
  • FIG. 5 illustrates the temperature profile along each of the optical fibers 15 of the measuring device when they are bent in a U-shape as illustrated in FIG. 2.
  • the curve indicates the temperature evaluated by the analyzer 19 as a function of the position the along the optical fiber.
  • the curve firstly shows a plateau at a substantially constant temperature T2.
  • This plate corresponds to the portion of the first branch 55 of the optical fiber located above the free surface 13 of the liquid.
  • the curve further includes a central portion forming a plateau at a substantially constant temperature T1, with a central boss B.
  • the portion of the plateau to the left of the boss corresponds to the submerged portion of the first branch 55 of the optical fiber.
  • the hump corresponds to the U-shaped section 57 of the optical fiber, housed in the groove 65 of the ballast.
  • the temperature value returned by this part of the optical fiber is different from that returned by the submerged portions of the two branches, because this U-section undergoes mechanical stress. This mechanical stress comes from the semicircle arrangement of the optical fiber section.
  • the portion of the plateau located to the right of the hump B corresponds to the immersed portion of the second branch 55 of the optical fiber.
  • the curve comprises in the right part another plateau at the temperature T2, corresponding to the portion of the second branch 55 located above the free surface 13.
  • the two trays at the temperature T2 are connected to the plateau at the temperature T1 by edges A, A ', corresponding to the free surface 13 of the volume of liquid.
  • the analyzer 19 is provided to determine the temperature profile along each optical fiber 15, and to deduce the position of the free surface from the bottom according to this temperature profile.
  • the analyzer 19 is provided to determine the position of the two edges A, A 'along the optical fiber, that is to say the position of the two zones in which the temperature varies rapidly depending on the distance. These two fronts correspond to the portions of the optical fiber located at the free surface of the liquid.
  • the analyzer 19 is provided to then determine the distance separating these two fronts along the optical fiber, and divide this distance by two to deduce the position of the free surface from the bottom.
  • the analyzer makes the same analysis from the temperature profile recorded for each of the optical fibers, and thus obtains several values of position of the free surface relative to the bottom. These values are then averaged, or exploited according to any possible strategy.
  • An initial state is considered in which the measuring device 1 is located outside the volume of liquid.
  • the or each optical fiber 15 is immersed in the liquid 7 through the free surface 13.
  • the sheath 29 is unrolled and this sheath 29 is arranged substantially vertically so that the cage 35 is situated in the volume of liquid, in the immediate vicinity of the bottom 9. An upper portion of the sheath 29 is located out of the volume
  • the rigid support 39 is then rigidly attached to a frame or civil engineering, such that the sheath 29 and the cage 35 are held in position, in particular in the vertical direction.
  • the light source 17 and the analyzer 19 are arranged in the measurement room 27, away from the structure 3.
  • the optical fibers 15 passing inside the sheath 29 are then connected to the light source 17 and to the light source 17. the analyzer 19 by intermediate optical fibers 63.
  • the light radiation is sent from the light source 17 into each optical fiber 15.
  • the analyzer 19 determines the position, along the optical fiber, fronts A, A 'at which the temperature recorded by the fiber optical varies very rapidly depending on the distance. It determines the distance separating these two fronts along the optical fiber. He divides this distance by two, and thus deduces the liquid level from the bottom.
  • FIGS. 1 and 6 A second embodiment of the invention will now be detailed, with reference to FIGS. 1 and 6. Only the points by which this second embodiment differs from the first one will be described. The identical elements or ensuring the same function in the two embodiments will be designated by the same references.
  • each optical fiber 15 thus comprises a single rectilinear section, the upper end 67 of the optical fiber being located above the free surface 13 of the liquid and the lower end 69 of the fiber being located flush with the bottom 9, in the liquid.
  • the ballast 33 is attached directly to the lower end 69.
  • FIG. 6 represents the temperature profile read by the analyzer 19 for an optical fiber 15 arranged vertically in the volume of liquid.
  • This graph represents the temperature determined by the analyzer 19 as a function of the distance from the lower end 69 of the fiber.
  • FIG. 6 shows that the temperature curve comprises a first plateau at a substantially constant temperature T1. This temperature corresponds to the temperature of the liquid.
  • This plate corresponds to the immersed portion of the optical fiber 15, from the lower end 69 to the free surface 13.
  • the curve comprises a second plate at a substantially constant temperature T2.
  • This temperature is the temperature of the air above the volume of liquid 7.
  • the plate corresponds to the emergent portion of the optical fiber, from the free surface 13 to the upper end 67.
  • the two trays are separated by a falling edge whose position indicates the level of the free surface relative to the bottom 9, that is to say the level of liquid.
  • the analyzer 19 is provided to determine the position of the falling edge along the optical fiber.
  • the falling edge is the area where the temperature varies rapidly depending on the distance.
  • the analyzer 19 is provided to then determine the distance separating the lower end 69 of the optical fiber from the falling edge. This distance indicates the liquid level with respect to the bottom 9.
  • the step of placing the optical fiber or fibers in the liquid and the step of sending the light radiation into the optical fiber (s) from the light source, are substantially identical to those described above for the first of the embodiment.
  • the analyzer 19 determines the position of the temperature front along the optical fiber, the front being the zone where the temperature varies rapidly according to the position along the optical fiber. It then determines the position of the lower end 69 of the optical fiber 15 on the temperature profile. In the example shown in FIG. 2, the lower end of the optical fiber is located at abscissa 0.
  • the analyzer determines the distance separating, along the optical fiber, the front of the lower end of the optical fiber, this distance corresponding to the level of liquid relative to the bottom.
  • the lower end 69 of the fiber, or the U-shaped section 57 is not located exactly flush with the bottom 9.
  • the level of liquid calculated above is corrected to take into account the height at which the lower end or the U-shaped portion is located with respect to the bottom.
  • the measuring device and the measuring method described above have many advantages.
  • the arrangement of the measuring device in the structure is very simple.
  • the sheath is dipped, with the optical fiber (s), into the liquid volume such that the optical fiber or fibers have a section located immediately flush with the bottom 9, and that a portion of each optical fiber is located above the free surface.
  • the measuring device can thus be easily installed in existing installations, without modification of the civil engineering.
  • the integration of the measuring device into a structure is not very intrusive.
  • the electronics in particular the analyzer, can be easily placed in a room located at a distance from the volume of liquid.
  • the analyzer is not affected.
  • the measuring device remains functional under accidental ambient conditions within the structure such that the temperature of the liquid reaches 100 ° C., the humidity in the atmosphere above the liquid reaches 100%, and elements of Measuring device located inside the structure are exposed to a cumulative dose greater than 1 MGy.
  • Such an arrangement also makes it possible to comply with the seismic resistance requirements of the IEC 60068 and IEC 69180 standards. This arrangement also makes it possible to comply with the requirements of the RCC-E (rules for the design and construction of electrical equipment for nuclear islands). .
  • the measuring device provides information on the distribution of temperatures in and around the volume of liquid.
  • the analyzer is multiplexable, and allows the analysis of signals from several optical fibers, which are not necessarily dived into the same volume of liquid.
  • the measuring device When the optical fibers are bent in U, the measuring device remains functional even if the optical fibers are cut, especially when the analyzer is OFDR type.

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Abstract

Dispositif de mesure de niveau de liquide par réflectrométrie optique, structure comprenant un tel dispositif et procédé de mesure correspondant Le dispositif de mesure comprend : - au moins une fibre optique (15) prévue pour être plongée dans le liquide à travers la surface libre (13) du liquide; - une source de lumière (17) envoyant un rayonnement lumineux dans la fibre optique (15); - un analyseur (19), prévu pour analyser un rayonnement lumineux rétrodiffusé par la fibre optique (15) et pour en déduire le niveau de liquide par rapport au fond (9). Le dispositif de mesure (1) comprend une gaine (29) dans laquelle est disposée la ou chaque fibre optique (15), la gaine (29) étant perméable au liquide.

Description

Dispositif de mesure de niveau de liquide par réflectrométrie optique, structure comprenant un tel dispositif et procédé de mesure correspondant
L'invention concerne en général les mesures de niveau de liquide dans les installations nucléaires, notamment les piscines de stockage d'assemblages de combustibles usagés.
Plus précisément, selon un premier aspect, l'invention porte sur un dispositif de mesure de niveau de liquide par réflectométrie optique pour une structure d'une installation nucléaire contenant un volume de liquide, le volume de liquide étant délimité par un fond et par une surface libre, le dispositif de mesure comprenant :
- au moins une fibre optique prévue pour être plongée dans le liquide à travers la surface libre ;
- une source de lumière envoyant un rayonnement lumineux dans la fibre optique ;
- un analyseur, prévu pour analyser un rayonnement lumineux rétrodiffusé par la fibre optique et pour en déduire le niveau de liquide par rapport au fond.
JP 2014-41023 décrit un tel dispositif. Celui-ci comprend un puits de mesure en équilibre hydrostatique avec le volume de liquide. La fibre optique est plongée dans le liquide remplissant ce puits.
Un tel agencement est complexe, et est difficile à mettre en place sur les installations déjà existantes.
Dans ce contexte, l'invention vise à proposer un dispositif de mesure qui soit plus facile à mettre en œuvre.
A cette fin, l'invention porte sur un dispositif de mesure du type précité, caractérisé en ce que le dispositif de mesure comprend une gaine dans laquelle est disposée la ou chaque fibre optique, la gaine étant perméable au liquide.
La gaine fait office de tranquilliseur. Elle isole la ou les fibres optiques de l'environnement, et les protège mécaniquement. Elle peut facilement être implantée dans une installation existante, par exemple dans une piscine.
Par ailleurs, le dispositif de mesure peut présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
- la gaine est percée par une pluralité d'orifices ;
- le dispositif de mesure comprend un lest lié à un tronçon de la fibre optique prévu pour être disposé à proximité du fond ;
- le dispositif de mesure comprend une cage prévue pour être disposée à proximité du fond, le lest étant libre suivant une direction longitudinale à l'intérieur de la cage ; - le dispositif de mesure comprend un support rigide destiné à être placé au- dessus de la surface libre, et au moins un organe allongé fixant la cage au support rigide de telle sorte que le poids de la cage est repris par le support rigide sans passer par la gaine ;
- la ou chaque fibre optique comprend des première et seconde branches parallèles l'une à l'autre et engagées dans la gaine, et un tronçon en U raccordant l'une à l'autre des extrémités immergées respectives des première et seconde branches, le tronçon en U étant prévu pour être situé à proximité du fond, les première et seconde branches ayant des extrémités respectives émergées prévues pour être situées au- dessus de la surface libre ;
- le lest est un disque pourvu d'une gorge dans laquelle est engagé le tronçon en U de la fibre optique ;
- le dispositif de mesure comprend au moins deux fibres optiques, l'une étant revêtu d'un revêtement d'acrylate et l'autre d'un revêtement de polyimide ou métallique ;
- l'analyseur est de type OFDR (réflectométrie optique dans le domaine fréquentiel) ou OTDR (réflectométrie optique dans le domaine temporel) ; et
- l'analyseur est prévu pour déterminer le profil de température le long de la ou chaque fibre optique et pour en déduire la position de la surface libre par rapport au fond.
Selon un second aspect, l'invention porte sur une structure d'une installation nucléaire contenant un volume de liquide, le volume de liquide étant délimité par un fond et par une surface libre, la structure comportant en outre un dispositif de mesure de niveau par réflectométrie comprenant :
- au moins une fibre optique plongée dans le liquide à travers la surface libre ;
- une source de lumière envoyant un rayonnement lumineux dans la fibre optique; - un analyseur, prévu pour analyser un rayonnement lumineux rétrodiffusé par la fibre optique et pour en déduire le niveau de liquide par rapport au fond ;
le dispositif de mesure comprenant une gaine dans laquelle est disposée la ou chaque fibre optique, la gaine étant perméable au liquide.
Le dispositif de mesure de niveau par réflectométrie optique est typiquement conforme au premier aspect de l'invention.
Selon un troisième aspect, l'invention porte sur un procédé de mesure de niveau par réflectométrie optique pour une structure d'une installation nucléaire contenant un volume de liquide, à l'aide d'un dispositif tel que décrit ci-dessus, le procédé comprenant les étapes suivantes:
- plonger la ou chaque fibre optique dans le liquide à travers la surface libre ; - envoyer le rayonnement lumineux dans la fibre optique à partir de la source de lumière ;
- analyser le rayonnement lumineux rétrodiffusé par la fibre optique et en déduire le niveau de liquide par rapport au fond.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées, parmi lesquelles :
- la figure 1 représente une piscine de stockage d'assemblages de combustibles d'un réacteur nucléaire, équipée d'un dispositif de mesure de niveau par réflectométrie conforme à l'invention ;
- la figure 2 représente de manière schématique la partie inférieure d'un dispositif de mesure selon un premier mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 3 est une vue détaillée du dispositif de mesure représenté schématiquement sur la figure 2 ;
- la figure 4 est une vue en coupe prise selon les flèches IV de la figure 3 ;
- la figure 5 est un graphe montrant le profil de température mesuré le long de la fibre optique du dispositif des figures 2 et 3; et
- la figure 6 est une vue similaire à celle de la figure 5, montrant le profil de température mesuré le long de la fibre optique pour un second mode de réalisation du dispositif de mesure de l'invention.
Le dispositif de mesure 1 est destiné à être agencé dans une structure 3 d'une installation nucléaire, qui est une piscine de stockage d'assemblages de combustible usés 5 sur la figure 1 . Cette structure comporte un volume de liquide 7. Le volume de liquide est délimité par un fond 9 et des parois latérales 1 1 , et présente vers le haut une surface libre 13.
Le dispositif de mesure 1 est prévu pour mesurer le niveau de liquide, ce niveau de liquide correspondant à la hauteur de liquide prise suivant une direction verticale depuis le fond 9 jusqu'à la surface libre 13.
Le liquide est typiquement de l'eau dans le cas d'une piscine de stockage de combustibles usés.
Le dispositif de mesure 1 est utilisable pour mesurer le niveau de liquide dans d'autres structures du réacteur nucléaire, par exemple d'autres piscines ou des cuves. Il est utilisable également dans une structure se trouvant dans une installation autre qu'un réacteur nucléaire, par exemple une usine de retraitement d'assemblages de combustible usés ou toute autre installation du cycle du combustible. Le liquide n'est pas nécessairement de l'eau mais peut être toute sorte de liquide aqueux ou non aqueux.
Comme visible sur la figure 1 , le dispositif de mesure 1 comporte au moins une fibre optique 15 prévue pour être plongée dans le liquide 7 à travers la surface libre 13, une source 17 de lumière envoyant un rayonnement lumineux dans la ou chaque fibre optique 15, et un analyseur 19.
La détection du niveau de liquide est permise par la mesure de la distribution de température le long de la fibre optique.
Chaque fibre optique 15 présente donc une partie immergée dans le volume de liquide, et une partie émergée, s'étendant au-dessus de la surface libre 13. Chaque fibre optique 15 s'étend jusqu'au fond 9, ou pratiquement jusqu'au fond 9.
L'analyseur 19 est prévu pour analyser un rayonnement lumineux rétrodiffusé par chaque fibre optique 15, et pour en déduire la distribution de température le long de la fibre optique et le niveau de liquide par rapport au fond 9.
L'analyseur 19 est de type OFDR (Optical Frequency Domain Reflectometry ou réflectométrie optique dans le domaine fréquentiel). En variante, l'analyseur est de type OTDR (Optical Time Domain Reflectometry ou réflectométrie optique dans le domaine temporel).
La source de lumière est un laser 17, ou toute autre source de lumière adaptée pour la technique OFDR, ou OTDR le cas échéant.
La technique OFDR est connue, et ne sera que brièvement décrite ici. Le rayonnement lumineux provenant de la source de lumière 17 est réparti par un premier coupleur entre deux bras d'un interféromètre : un bras de référence et un bras de mesure. Le bras de mesure est raccordé optiquement à la fibre optique 15 et transmet le rayonnement lumineux jusqu'à la fibre optique 15. Un second coupleur, implanté sur le bras de mesure, divise le rayonnement lumineux pour interroger la longueur de la fibre optique 15. La fibre optique 15 renvoie un rayonnement lumineux, appelé ici rayonnement lumineux rétrodiffusé, dans la branche de mesure. Le second coupleur dirige une partie de ce rayonnement lumineux rétrodiffusé dans le bras de référence. Un troisième coupleur, implanté sur le bras de référence, recombine le rayonnement lumineux émis par la source 17 et le rayonnement lumineux rétrodiffusé. Un diviseur de polarisation et un contrôleur de polarisation, tous deux implantés dans le bras de référence, sont utilisés pour diviser le rayonnement lumineux recombiné, de façon égale, entre deux états de polarisation orthogonaux. L'interférence entre le rayonnement lumineux renvoyé et ces deux états de polarisation est alors enregistrée par des détecteurs. L'analyseur 19 permet de mesurer le coefficient de réflexion complexe en chaque point de la fibre optique 15, en fonction de la longueur d'onde du rayonnement lumineux émis par la source de lumière 17. A partir des coefficients de réflexion complexe, le spectre de réflexion est calculé en fonction de la fréquence. La réflectivité en fonction de la longueur de la fibre est calculée en appliquant une transformée de Fourier au spectre de réflexion. Les données détectées selon les deux états de polarisation sont utilisées pour effectuer la corrélation croisée entre la mesure de référence et la mesure en situation réelle. Cette corrélation croisée donne la mesure de la température ou de la contrainte appliquée à la fibre optique grâce à une calibration et la présence de tabulations dans l'analyseur 19. Le rayonnement lumineux rétrodiffusé par la fibre optique 15 est causé par des fluctuations aléatoires du profil d'indice le long de la longueur de la fibre optique 15. Pour une fibre optique donnée, la signature de la fibre optique en fonction de la distance est une propriété déterminée. On entend ici par signature en fonction de la distance, le spectre du rayonnement lumineux rétrodiffusé par chaque point de la fibre optique. Chaque fibre optique possède sa propre signature. Les changements locaux de l'indice de réfraction causés par un stimulus externe, comme un changement de la température ou de la contrainte mécanique locale, causent une évolution de la signature de la fibre optique sous la forme d'un décalage spectral du rayonnement lumineux renvoyé par le tronçon de la fibre optique subissant le stimulus externe. L'analyseur 19 dispose de tables de calibration, permettant de déduire l'amplitude du changement de la température ou de la contrainte à partir du décalage spectrale. L'analyseur 19 couple cette analyse avec une mesure de temps de vol, permettant ainsi de mesurer la température ou la contrainte de manière continue ou quasiment continue tout au long de la fibre optique.
Typiquement, on mesure la signature de référence de la fibre optique en fonction de la distance, dans une situation de référence. Cette signature de référence est mémorisée par l'analyseur 19. La signature de la fibre optique en fonction de la distance est ensuite mesurée en situation réelle par l'analyseur 19. Les spectres de dispersion à partir des deux mesures sont ensuite comparés par l'analyseur 19 en faisant une corrélation croisée sur toute la longueur de la fibre, celle-ci étant divisée en unité de longueur. Grâce à la corrélation croisée, on mesure le degré de similitude entre ces deux signaux, ce qui permet de remonter à la localisation et la quantification de la perturbation appliquée sur la fibre optique. La longueur de l'unité est choisie par l'opérateur en fonction de la longueur de la fibre à considérer et d'autres paramètres tels que les conditions d'utilisation du capteur.
Si, en situation réelle, un paramètre externe au dispositif de mesure (température, contrainte mécanique) est modifié par rapport à la situation de référence en un point de la fibre, ce changement est enregistré comme un décalage de la longueur d'onde obtenu par la corrélation croisée en ce point. L'amplitude du décalage est fonction de l'amplitude de la modification du paramètre externe. L'analyseur 19, typiquement, comporte des tabulations en mémoire, permettant de déterminer l'amplitude de la modification du paramètre externe en fonction du décalage de la longueur d'onde.
L'analyseur 19 typiquement analyse la signature spectrale de diffusion Rayleigh de la fibre optique. En variante, l'analyseur 19 analyse la signature spectrale de diffusion Raman, ou Brillouin., notamment quand l'analyseur est de type OTDR
De manière avantageuse, l'analyseur 19 et la source de lumière 17 sont déportés dans un local de mesure 27, à distance du volume de liquide. Ainsi, l'analyseur 19 est situé dans un local différent du local où est situé le volume de liquide 7. Ce local est par exemple dans un autre bâtiment, ou est un local du même bâtiment que celui où se trouve le volume de liquide 7 et dans tous les cas suffisamment loin pour ne pas être exposé à des fortes températures et/ou de rayonnements ionisants, en particulier cas d'accident grave.
Comme visible sur la figure 2, le dispositif de mesure comprend une gaine 29 dans laquelle est disposée la ou les fibres optiques. La gaine 29 est perméable au liquide. Elle est, comme la ou les fibres optiques, plongée dans le liquide à travers la surface libre 13. Le liquide remplit la gaine 29 et baigne la ou les fibres optiques situées à l'intérieur de la gaine 29. La gaine 29 s'étend jusqu'au fond 9, ou pratiquement jusqu'au fond 9.
Elle protège donc la ou les fibres optiques sur toutes leurs longueurs.
La gaine 29 est typiquement percée d'une multitude de petits orifices 30, mettant en communication le volume interne de la gaine 29 avec l'extérieur de la gaine. Ces orifices sont représentés agrandis sur la figure 2.
La gaine 29 est typiquement dans une matière plastique résistant à la température et à l'irradiation. Par exemple, elle est en PEEK.
La gaine 29 est souple et peut s'enrouler quand le dispositif de mesure n'est pas utilisé, tout en présentant une rigidité suffisante pour protéger les fibres optiques des chocs.
Dans l'exemple représenté sur la figure 3, la gaine 29 est obtenue en enroulant de manière hélicoïdale un ruban, à la façon d'un tuyau de douche. Le ruban est délimité latéralement par des bords prévus pour pouvoir se fixer l'un à l'autre, de telle sorte que chaque spire du ruban hélicoïdal est fixée par ses bords à la spire précédente et à la spire suivante.
Comme représenté sur les figures 2 à 4, le dispositif de mesure 1 comprend, pour chaque fibre optique 15, un lest 33, typiquement en forme de disque, lié à un tronçon de la fibre optique 15 prévu pour être disposé à proximité du fond 9. Ceci permet de maintenir la fibre optique 15 avec une tension contrôlée, et verticale. Ceci est important notamment pour s'assurer que la fibre optique 15 ne vient pas en contact de la gaine 29, ce qui pourrait créer une contrainte locale sur cette fibre optique 15 et fausser la mesure.
Par ailleurs, le dispositif de mesure 1 comporte une cage ou plongeur 35 prévue pour être disposée à proximité du fond 9.
La cage 35 comporte par exemple deux demi-coquilles concaves fixées l'une à l'autre, les demi-coquilles comportant des lumières 37 permettant la circulation du liquide à l'intérieur de la cage 35.
La cage 35 délimite intérieurement une chambre dans laquelle sont logés le ou les lests 33. La chambre est allongée suivant une direction longitudinale L, matérialisée sur la figure 3. Elle a une forme telle que les lests 33 sont libres de se déplacer suivant la direction longitudinale L à l'intérieur de la chambre mais pas dans les autres directions.
Le dispositif de mesure 1 comporte encore un support rigide 39, visible sur la figure 5, destiné à être placé au-dessus de la surface libre 13. Le support rigide 39 est typiquement rigidement fixé au génie civil de la structure 3, ou à un châssis de support rigidement fixé lui-même au génie civil.
Le poids de la cage 35 assure aussi une tension nécessaire et suffisante pour que la gaine 29 soit rectiligne verticale une fois plongé dans le liquide.
La cage 35 est suspendue au support rigide 39, de telle sorte que le poids de la cage 35 est repris par le support rigide 39 sans passer par la gaine 29. A cet effet, le dispositif de mesure 1 comporte au moins un organe allongé 41 rigidement fixé par une première extrémité à la cage 35 et par une seconde extrémité au support rigide 39.
Dans l'exemple représenté, le dispositif de mesure comporte deux organes allongés 41 . En variante, le dispositif de mesure comporte plus de deux organes allongés 41 .
Les organes 41 sont par exemple des câbles en acier inoxydable.
Des serre-câbles 43 permettent de maintenir les organes 41 à proximité de la gaine 29.
Le support rigide 39 comporte un conduit 45 auquel une extrémité supérieure 47 de la gaine 29 est rigidement fixée. Le conduit 45 prolonge donc la gaine 29.
L'extrémité du conduit 45 opposée à la gaine est susceptible d'être fermée par un bouchon amovible 49.
Par ailleurs, la cage 35 présente, à une extrémité longitudinale, un col 51 délimitant un passage débouchant dans la chambre délimitée intérieurement par la cage. Une extrémité inférieure 53 de la gaine 29 opposée à l'extrémité supérieure 47, est rigidement fixée au col 51 . L'espace interne de la gaine 29 communique ainsi avec la chambre de la cage 35 par ledit passage, et communique avec le volume interne du conduit 45.
Ainsi, la gaine 29 est agencée pour protéger de manière continue la ou les fibres optiques 15 depuis le support rigide 39 jusqu'à une entrée par laquelle la ou les fibres optiques 15 pénètrent dans la cage 35.
Selon un premier mode de réalisation de l'invention, représenté sur les figures 2 à 5, la ou chaque fibre optique 15 comprend des première et seconde branches 55 parallèles l'une à l'autre et engagées dans la gaine 29, ainsi qu'un tronçon en U 57 raccordant l'une à l'autre des extrémités immergées 59 respectives des première et seconde branches 55. Ainsi, la fibre optique 15 suit un profil en U.
Le tronçon en U 57 est prévu pour être situé à proximité du fond 9. Ceci est visible sur la figure 2.
Les première et seconde branches 55 comportent par ailleurs des extrémités respectives émergées 61 , prévues pour être situées au-dessus de la surface libre 13.
Ainsi, les tronçons en U 87 de la ou chaque fibre optique 15 est situé hors de la gaine 29, les première et seconde branches 55 étant engagées dans la gaine 29.
Typiquement, le tronçon en U 57 est logé à l'intérieur de la cage 35, et les extrémités émergées 61 sont situées à l'intérieur du conduit 45.
Les extrémités émergées 61 sont par exemple raccordées à un connecteur optique logé dans le conduit 45. Le connecteur (non représenté) est protégé par le bouchon 49 quand le dispositif de mesure n'est pas utilisé.
Les extrémités émergées 61 sont raccordées à l'analyseur 19 par des fibres optiques intermédiaires 63, comme représenté sur la figure 1 . Les fibres 63 sont par exemple en prise avec le connecteur.
Chaque lest 33 est typiquement un disque pourvu d'une gorge 65, comme représenté sur la figure 4. Le tronçon en U 57 de la fibre optique est engagé dans la gorge 65.
Le dispositif de mesure comprend au moins deux fibres optiques 15, et, dans un exemple de réalisation comporte quatre fibres optiques 15.
Le dispositif de mesure comporte alors plusieurs lests 33 en forme de disque. Comme visible sur les figures 3 et 4, ces disques sont agencés dans des plans parallèles les uns aux autres, et sont empilés les uns sur les autres. Chacun est libre de se déplacer à l'intérieur de la cage 35 indépendamment des autres, suivant la direction longitudinale, de manière à ce que chaque fibre optique 15 soit tendue.
Chaque lest 33 pèse entre cinq et cinquante grammes Avantageusement, chaque fibre optique 15 est choisie de manière à résister à des niveaux élevés d'irradiation et de températures.
Typiquement, au moins une des fibres optiques 15 est revêtue d'un revêtement d'acrylate, et au moins une autre est revêtue d'un revêtement de polyimide ou métallique.
Par exemple, une fibre optique est revêtue d'un revêtement d'acrylate résistant aux hautes températures, et trois fibres optiques sont revêtues d'un revêtement de polyimide et /ou métallique.
Les fibres optiques sont résistantes à une température supérieure à 150°C, et à une irradiation supérieure à 1 MGy, de préférence à 5 MGy, encore de préférence à 10 MGy. On entend par résistantes le fait que les fibres optiques restent utilisables comme capteurs de températures, sans dégradation significative de leurs performances.
La figure 5 illustre le profil de températures le long de chacune des fibres optiques 15 du dispositif de mesure quand elles sont pliées en U comme illustré sur la figure 2. La courbe indique la température évaluée par l'analyseur 19 en fonction de la position le long de la fibre optique.
La courbe présente tout d'abord en partie gauche un plateau, à une température T2 sensiblement constante. Ce plateau correspond à la partie de la première branche 55 de la fibre optique située au-dessus de la surface libre 13 du liquide.
La courbe comporte par ailleurs une partie centrale formant un plateau à une température sensiblement constante T1 , avec une bosse centrale B. La partie du plateau située à gauche de la bosse correspond à la partie immergée de la première branche 55 de la fibre optique. La bosse correspond au tronçon en U 57 de la fibre optique, logée dans la gorge 65 du lest. La valeur de température renvoyée par cette partie de la fibre optique est différente de celle renvoyée par les portions immergées des deux branches, du fait que ce tronçon en U subit une contrainte mécanique. Cette contrainte mécanique provient de l'agencement en demi-cercle du tronçon de fibre optique.
La partie du plateau située à droite de la bosse B correspond à la portion immergée de la seconde branche 55 de la fibre optique.
Par ailleurs, la courbe comporte en partie droite un autre plateau à la température T2, correspondant à la partie de la seconde branche 55 située au-dessus de la surface libre 13. Les deux plateaux à la température T2 sont reliés au plateau à la température T1 par des fronts A, A', correspondant à la surface libre 13 du volume de liquide.
Quand le tronçon en U 57 de la fibre optique 15 est situé au ras du fond 9, la distance séparant les fronts A et A' le long de la fibre optique correspond à sensiblement deux fois la profondeur de liquide. Dans ce mode de réalisation, l'analyseur 19 est prévu pour déterminer le profil de température le long de chaque fibre optique 15, et en déduire la position de la surface libre par rapport au fond en fonction de ce profil de température.
Pour ce faire, l'analyseur 19 est prévu pour déterminer la position des deux fronts A, A' le long de la fibre optique, c'est-à-dire la position des deux zones dans lesquelles la température varie rapidement en fonction de la distance. Ces deux fronts correspondent aux portions de la fibre optique situées à la surface libre du liquide.
L'analyseur 19 est prévu pour déterminer ensuite la distance séparant ces deux fronts le long de la fibre optique, et diviser par deux cette distance pour en déduire la position de la surface libre par rapport au fond.
Typiquement, l'analyseur fait cette même analyse à partir du profil de températures relevé pour chacune des fibres optiques, et obtient ainsi plusieurs valeurs de position de la surface libre par rapport au fond. Ces valeurs sont ensuite moyennées, ou exploitées selon toute stratégie possible.
Le procédé de mesure de niveau à l'aide d'un dispositif du type représenté sur les figures 2 à 5 va maintenant être décrit.
On considère un état initial dans lequel le dispositif de mesure 1 est situé hors du volume de liquide.
Au cours d'une première étape, la ou chaque fibre optique 15 est plongée dans le liquide 7 à travers la surface libre 13.
Par exemple, on déroule la gaine 29 et on agence cette gaine 29 sensiblement verticalement de telle sorte que la cage 35 soit située dans le volume de liquide, à proximité immédiate du fond 9. Une partie supérieure de la gaine 29 est située hors du volume de liquide, au-dessus de la surface libre 13. Le support rigide 39 est ensuite rigidement fixé à un châssis ou au génie civil, de telle sorte que la gaine 29 et la cage 35 soient maintenues en position, notamment suivant la direction verticale. La source de lumière 17 et l'analyseur 19 sont disposés dans le local de mesure 27, à distance de la structure 3. Les fibres optiques 15 passant à l'intérieur de la gaine 29 sont ensuite raccordées à la source de lumière 17 et à l'analyseur 19 par des fibres optiques intermédiaires 63.
Pour réaliser la mesure, le rayonnement lumineux est envoyé à partir de la source de lumière 17 dans chaque fibre optique 15.
Ensuite, le rayonnement lumineux rétrodiffusé par chaque fibre optique 15 est analysé par l'analyseur 19.
Pour ce faire, comme expliqué plus haut, l'analyseur 19 détermine la position, le long de la fibre optique, des fronts A, A' auxquels la température relevée par la fibre optique varie très rapidement en fonction de la distance. Il détermine la distance séparant, le long de la fibre optique, ces deux fronts. Il divise cette distance par deux, et en déduit ainsi le niveau de liquide par rapport au fond.
Un second mode de réalisation de l'invention va maintenant être détaillé, en référence aux figures 1 et 6. Seuls les points par lesquels ce second mode de réalisation diffère du premier seront décrits. Les éléments identiques ou assurant la même fonction dans les deux modes de réalisation seront désignés par les mêmes références.
Dans le second mode de réalisation de l'invention, les fibres optiques ne sont pas pliées en U. Chaque fibre optique 15 comporte ainsi un tronçon rectiligne unique, l'extrémité supérieure 67 de la fibre optique étant située au-dessus de la surface libre 13 du liquide et l'extrémité inférieure 69 de la fibre étant située au ras du fond 9, dans le liquide. Dans ce cas, le lest 33 est fixé directement à l'extrémité inférieure 69.
La figure 6 représente le profil de température relevé par l'analyseur 19 pour une fibre optique 15 disposée verticalement dans le volume de liquide. Ce graphique représente la température déterminée par l'analyseur 19 en fonction de la distance à partir de l'extrémité inférieure 69 de la fibre. La figure 6 montre que la courbe de températures comporte un premier plateau à une température sensiblement constante T1 . Cette température correspond à la température du liquide. Ce plateau correspond à la partie immergée de la fibre optique 15, à partir de l'extrémité inférieure 69 jusqu'à la surface libre 13.
La courbe comporte un second plateau, à une température sensiblement constante T2. Cette température est la température de l'air au-dessus du volume de liquide 7. Le plateau correspond à la partie émergée de la fibre optique, depuis la surface libre 13 jusqu'à l'extrémité supérieure 67. Les deux plateaux sont séparés par un front descendant dont la position indique le niveau de la surface libre par rapport au fond 9, c'est-à-dire le niveau de liquide.
L'analyseur 19 est prévu pour déterminer la position du front descendant le long de la fibre optique. Le front descendant est la zone où la température varie rapidement en fonction de la distance.
L'analyseur 19 est prévu pour déterminer ensuite la distance séparant l'extrémité inférieure 69 de la fibre optique du front descendant. Cette distance indique le niveau de liquide par rapport au fond 9.
Le procédé de mesure à l'aide du dispositif selon le second mode de réalisation, comportant une ou plusieurs fibres optiques non pliées en U, va maintenant être détaillé.
L'étape de mise en place de la ou des fibres optiques dans le liquide et l'étape consistant à envoyer le rayonnement lumineux dans la ou les fibres optiques à partir de la source de lumière, sont sensiblement identiques à celles décrites plus haut pour le premier du mode de réalisation.
Seule l'étape d'analyse du rayonnement lumineux rétrodiffusé par chaque fibre optique est différente.
Plus précisément, au cours de cette étape, l'analyseur 19 détermine la position du front de température le long de la fibre optique, le front étant la zone où la température varie rapidement en fonction de la position le long de la fibre optique. Il détermine ensuite la position de l'extrémité inférieure 69 de la fibre optique 15 sur le profil de températures. Dans l'exemple représenté sur la figure 2, l'extrémité inférieure de la fibre optique est située à l'abscisse 0.
L'analyseur détermine ensuite la distance séparant, le long de la fibre optique, le front de l'extrémité inférieure de la fibre optique, cette distance correspondant au niveau de liquide par rapport au fond.
Dans les procédés de mesure correspondants aux premier et second modes de réalisation, il est possible que l'extrémité inférieure 69 de la fibre, ou le tronçon en U 57, ne soit pas situé(e) exactement au ras du fond 9. Dans ce cas, on corrige le niveau de liquide calculé précédemment pour tenir compte de la hauteur à laquelle se trouve l'extrémité inférieure ou la portion en U par rapport au fond.
Le dispositif de mesure et le procédé de mesure décrits ci-dessus présentent de multiples avantages.
Tout d'abord, du fait que la ou les fibres optiques sont disposées à l'intérieur d'une gaine perméable au liquide, l'agencement du dispositif de mesure dans la structure est très simple. La gaine est plongée, avec la ou les fibres optiques, dans le volume de liquide de telle sorte que la ou les fibres optiques présentent un tronçon situé immédiatement au ras du fond 9, et qu'une partie de chaque fibre optique soit située au- dessus de la surface libre. Le dispositif de mesure peut ainsi être facilement implanté dans des installations existantes, sans modification du génie civil. L'intégration du dispositif de mesure dans une structure est peu intrusive.
L'électronique, notamment l'analyseur, peut être facilement disposé dans un local situé à distance du volume de liquide. Ainsi, en cas d'accident faisant que la température à l'intérieur de la structure augmente, et/ou que le taux d'humidité dans l'atmosphère au- dessus du volume de liquide augmente, et/ou que le rayonnement ionisant au-dessus du volume de liquide augmente, l'analyseur n'est pas affecté.
Ainsi, le dispositif de mesure reste fonctionnel dans des conditions d'ambiance accidentelles à l'intérieur de la structure telles que la température du liquide atteint 100°C, l'humidité dans l'atmosphère au-dessus du liquide atteint 100%, et les éléments du dispositif de mesure situés à l'intérieur de la structure sont exposés à une dose cumulée supérieure à 1 MGy.
Un tel agencement permet par ailleurs de respecter les exigences de tenue au séisme des normes CEI 60068 et CEI 69180. Cet agencement permet également d'être conforme aux prescriptions du RCC-E (règles de conception et de construction des matériels électriques des îlots nucléaires).
Par ailleurs, des essais ont montré que le dispositif de mesure permet de déterminer le niveau de liquide par rapport au fond avec une précision de l'ordre du centimètre.
Avantageusement, le dispositif de mesure renseigne sur la distribution de températures dans et autour du volume de liquide.
L'analyseur est multiplexable, et permet de réaliser l'analyse de signaux provenant de plusieurs fibres optiques, qui ne sont pas nécessairement plongées dans le même volume de liquide.
Quand les fibres optiques sont pliées en U, le dispositif de mesure reste fonctionnel même si les fibres optiques sont coupées, notamment quand l'analyseur est de type OFDR.

Claims

REVENDICATIONS
1 . - Dispositif de mesure de niveau de liquide par réflectométrie optique pour une structure (3) d'une installation nucléaire contenant un volume de liquide (7), le volume de liquide (7) étant délimité par un fond (9) et par une surface libre (13), le dispositif de mesure (1 ) comprenant :
- au moins une fibre optique (15) prévue pour être plongée dans le liquide à travers la surface libre (13) ;
- une source de lumière (17) envoyant un rayonnement lumineux dans la fibre optique (15) ;
- un analyseur (19), prévu pour analyser un rayonnement lumineux rétrodiffusé par la fibre optique (15) et pour en déduire le niveau de liquide par rapport au fond (9) ;
caractérisé en ce que le dispositif de mesure (1 ) comprend une gaine (29) dans laquelle est disposée la ou chaque fibre optique (15), la gaine (29) étant perméable au liquide.
2. - Dispositif de mesure selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la gaine (29) est percée par une pluralité d'orifices (30).
3. - Dispositif de mesure selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le dispositif de mesure (1 ) comprend un lest (33) lié à un tronçon de la fibre optique (15) prévu pour être disposé à proximité du fond (9).
4. - Dispositif de mesure selon la revendication 3, caractérisé en ce que le dispositif de mesure (1 ) comprend une cage (35) prévue pour être disposée à proximité du fond (9), le lest (33) étant libre suivant une direction longitudinale à l'intérieur de la cage (35).
5.- Dispositif de mesure selon la revendication 4, caractérisé en ce que le dispositif de mesure (1 ) comprend un support rigide (39) destiné à être placé au-dessus de la surface libre (13), et au moins un organe allongé (41 ) fixant la cage (35) au support rigide (39) de telle sorte que le poids de la cage (35) est repris par le support rigide (39) sans passer par la gaine (29).
6.- Dispositif de mesure selon la revendication 5, caractérisé en ce que la gaine
(29) est agencée pour protéger de manière continue la ou chaque fibre optique (15) jusqu'à une entrée par laquelle la ou chaque fibre optique (15) pénètre dans la cage (35).
7.- Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la ou chaque fibre optique (15) comprend des première et seconde branches (55) parallèles l'une à l'autre et engagées dans la gaine (29), et un tronçon en U (57) raccordant l'une à l'autre des extrémités immergées (59) respectives des première et seconde branches (55), le tronçon en U (57) étant prévu pour être situé à proximité du fond (9), les première et seconde branches (55) ayant des extrémités respectives émergées prévues pour être situées au-dessus de la surface libre (13).
8. - Dispositif de mesure selon la revendication 7 en combinaison avec l'une quelconque des revendication 3 à 6, caractérisé en ce que le lest (33) est un disque pourvu d'une gorge (65) dans laquelle est engagé le tronçon en U (57) de la fibre optique (15).
9. - Dispositif de mesure selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que le tronçon en U (57) est situé hors de la gaine (29).
10.- Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de mesure (1 ) comprend au moins deux fibres optiques (15), l'une étant revêtu d'un revêtement d'acrylate et l'autre d'un revêtement de polyimide ou métallique.
1 1 . - Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'analyseur (19) est de type OFDR (réflectométrie optique dans le domaine fréquentiel) ou OTDR (réflectométrie optique dans le domaine temporel).
12. - Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'analyseur (19) est prévu pour déterminer le profil de température le long de la ou chaque fibre optique (5) et pour en déduire la position de la surface libre (13) par rapport au fond (9).
13. - Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la gaine (29) est souple et est susceptible de s'enrouler quand le dispositif de mesure n'est pas utilisé.
14. - Structure (3) d'une installation nucléaire contenant un volume de liquide (7), le volume de liquide (7) étant délimité par un fond (9) et par une surface libre (13), la structure (3) comportant en outre un dispositif (1 ) de mesure de niveau par réflectométrie comprenant :
- au moins une fibre optique (15) plongée dans le liquide à travers la surface libre
(13) ;
- une source (17) de lumière envoyant un rayonnement lumineux dans la fibre optique (15);
- un analyseur (19), prévu pour analyser un rayonnement lumineux rétrodiffusé par la fibre optique (15) et pour en déduire le niveau de liquide par rapport au fond (9) ;
caractérisé en ce que le dispositif de mesure (1 ) comprend une gaine (29) dans laquelle est disposée la ou chaque fibre optique (15), la gaine (29) étant perméable au liquide.
15.- Procédé de mesure de niveau par réflectométrie pour une structure (3) d'une installation nucléaire contenant un volume de liquide, à l'aide d'un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, le procédé comprenant les étapes suivantes:
- plonger la ou chaque fibre optique (15) dans le liquide à travers la surface libre (13) ;
- envoyer le rayonnement lumineux dans la fibre optique (15) à partir de la source de lumière (17) ;
- analyser le rayonnement lumineux rétrodiffusé par la fibre optique (15) et en déduire le niveau de liquide par rapport au fond (9).
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