WO2025210010A1 - Capteur et procédé pour mesurer simultanément une pression par luminescence cristalline et une vitesse par interférométrie doppler laser - Google Patents

Capteur et procédé pour mesurer simultanément une pression par luminescence cristalline et une vitesse par interférométrie doppler laser

Info

Publication number
WO2025210010A1
WO2025210010A1 PCT/EP2025/058807 EP2025058807W WO2025210010A1 WO 2025210010 A1 WO2025210010 A1 WO 2025210010A1 EP 2025058807 W EP2025058807 W EP 2025058807W WO 2025210010 A1 WO2025210010 A1 WO 2025210010A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
crystal
reflective layer
wavelength
laser
pumping
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
PCT/EP2025/058807
Other languages
English (en)
Inventor
Benjamin Jodar
Théo GERAL
Arnaud SOLLIER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA, Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of WO2025210010A1 publication Critical patent/WO2025210010A1/fr
Pending legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L11/00—Measuring steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by means not provided for in group G01L7/00 or G01L9/00
    • G01L11/02—Measuring steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by means not provided for in group G01L7/00 or G01L9/00 by optical means

Definitions

  • a known method of pressure measurement is pressure measurement by crystal luminescence, in particular pressure measurement by ruby luminescence (PRL).
  • Ruby is an alumina crystal AI2O3 comprising chromium impurities and whose light absorption spectrum in the visible range has two distinct absorption bands, one around 407 and the other around 551 nm [1].
  • Pressure measurement by crystal luminescence, in particular PRL is based on the principle of natural fluorescence of a target crystal, for example ruby, sensitive to the pressure exerted on said crystal.
  • a variation in pressure exerted on the ruby causes a variation in the wavelength of the photons emitted by luminescence from the ruby.
  • the wavelengths of the characteristic lines Ri and R2 vary depending on the pressure exerted on the ruby.
  • the PRL measurement consists of measuring the variation in wavelength of the characteristic lines Ri and R2 over time and deducing the variation in pressure exerted on the ruby over time.
  • a well-known method for measuring strain rate is laser surface velocimetry, also known as laser Doppler interferometry velocimetry (LDIV).
  • LDIV laser Doppler interferometry velocimetry
  • VIDL measurement involves illuminating a target surface with a laser and collecting the light reflected by the target surface with an interferometer to create interference from the reflected light.
  • Moving the target surface particularly when a shock wave passes through it, causes a Doppler shift in the optical frequency of the light reflected by the target surface.
  • This change in optical frequency causes a change in the interference created by the interferometer. It is thus possible to deduce the Doppler shift in the optical frequency of the reflected light from the change in the interference created by the interferometer and thereby determine the speed of the target surface over time.
  • VIDL measurement therefore includes the measurement of the temporal evolution of the interference created by the interferometer and the determination, from this measurement, of the speed of the target surface over time.
  • VH Heterodyne Velocimetry
  • the VH interferometer has the advantage of being fully fibered and more compact. It is therefore simple to implement during experimental protocols.
  • VIDL measurement is often reserved for dynamic compression tests.
  • the aim of the invention is to respond, at least in part, to this(these) need(s).
  • the invention relates to a sensor for simultaneously measuring pressure and speed comprising:
  • spectrometer for receiving a luminescence signal, resulting from a de-excitation of the electrons of the crystal, and for measuring the variation over time in wavelength of the lines of the light spectrum of said luminescence signal
  • an interferometry system configured to measure the speed variations of the reflective layer over time by laser Doppler interferometry velocimetry.
  • the crystal is a ruby crystal, preferably comprising a mass content of Cr 3+ ions and/or chromium oxide of between 0.05 and 0.5%.
  • the reflective layer has a thickness of between 100 and 1000 nm.
  • the pump laser is a pulsed laser.
  • the pulsed laser is adapted to emit laser pulses of duration between 5 ns and 50 ps and/or of average energy between 1 and 1000 mJ.
  • the wavelength of the pump beam is between 500 and 560 nm.
  • the senor comprises a dichroic mirror transparent to the wavelength of the pump beam and configured to select a portion of the luminescence signal whose wavelength is within a predetermined range and direct only said selected portion to the spectrometer.
  • the predetermined range extends from 680 nm to 720 nm.
  • the spectrometer comprises:
  • spectroscope configured to decompose the luminescence signal into a plurality of light lines distributed according to their wavelength, forming the light spectrum
  • the interferometry system can comprise:
  • a probing laser adapted to emit a probing beam towards the crystal so as to be reflected by the reflective layer after transmission through the crystal
  • heterodyne velocimetry interferometer adapted to create interference from of the reflected part of the sounding beam, called the sounding signal, and to measure the temporal evolution of said interference.
  • the senor preferably comprises a dielectric mirror reflecting at the wavelength of the probing beam and transparent at the wavelength of the pumping beam, the dielectric mirror being arranged between the crystal and the pumping laser so as to direct the probing beam towards the crystal.
  • the interferometry system may comprise a VISAR interferometer adapted to create interference from a probing signal, and to measure the temporal evolution of said interference, the probing signal being constituted by a part of the pumping beam by the reflective layer.
  • the senor preferably comprises a perforated mirror arranged between the crystal and the pumping laser so as to allow the pumping beam emitted by the pumping laser to pass towards the crystal and to redirect the part of the pumping beam, reflected by the reflective layer, towards the VISAR interferometer.
  • the senor comprises an optical lens adapted to focus the pump beam onto the reflective layer, and if necessary, to focus the probing beam onto the reflective layer.
  • the invention also relates to a method for simultaneously measuring a pressure exerted on a crystal and a speed of movement of said crystal, the crystal comprising a face covered with a reflective layer, the method comprising the following steps: a) illumination of the crystal by a pump beam having a wavelength included in an absorption band of the crystal so as to excite a portion of the electrons of the crystal, b) emission of a luminescence signal resulting from a de-excitation of the electrons of the crystal, c) measurement of the variation over time in wavelength of the lines of the light spectrum of the luminescence signal, and, determination, from this variation, of the pressure exerted on the crystal over time, d) concomitantly with steps a) to c), reception of a light signal, called a probing signal, resulting from the reflection of a laser beam on the reflective layer, and determination of the speed of the reflective layer over time by monitoring the temporal evolution interference created from the sounding signal.
  • the method is implemented by a sensor according to the present invention.
  • the invention also relates to a use of a sensor according to the present invention or of a method according to the present invention, for a static or dynamic compression test, a pulsed electrical discharge test, a ballistic resistance test, in particular simulating the impacts of space debris in orbit, or a mechanical test in which the measured pressure and speed are induced by magnetic fields.
  • the present invention therefore essentially consists of a sensor and a method making it possible to simultaneously measure the evolution of the pressure exerted on a crystal and the speed of movement of said crystal, in particular during a static or dynamic compression test.
  • the crystal can be used as a gauge during a mechanical test of a material, particularly in extreme conditions.
  • the senor according to the present invention may have a pumping laser adapted in power to allow rapid and sufficient excitation of the electrons of the crystal, for example of the order of a nanosecond or even less, so that said crystal emits, in less than 1 ns, a luminescence signal of sufficient intensity to be detected by the spectrometer, the time resolution of the spectrometer being less than 1 ns.
  • the sensor is suitable for measuring the pressure exerted on the crystal during a dynamic compression test.
  • Figure 1 is a schematic view of a sensor for simultaneously measuring pressure and velocity according to a first embodiment of the invention in which the interferometry system for VIDL measurement comprises a probing laser and a VH interferometer;
  • Figure 2A represents the evolution over time of the light spectrum of the luminescence of a ruby, comprising 0.1% chromium oxide, following its illumination by a pumping laser emitting a continuous beam with a wavelength equal to 532 nm and a power equal to 5 W;
  • Figure 2B represents the evolution over time of the light spectrum of the luminescence of a ruby, comprising 0.1% chromium oxide, following its illumination by a pumping laser emitting laser pulses of wavelength equal to 532 nm, duration equal to 10 ps and average energy equal to 30 mJ;
  • Figure 3 represents the evolution over time, during a dynamic compression test, of the light spectrum of the ruby luminescence captured by the spectroscope of a sensor according to the present invention
  • Figure 4 is a schematic view of a sensor for simultaneously measuring pressure and velocity according to a second embodiment of the invention in which the interferometry system for VIDL measurement comprises a VISAR interferometer.
  • Figure 1 illustrates a sensor 1 for simultaneously measuring pressure and speed according to a first embodiment of the invention.
  • the sensor 1 comprises a crystal 2, one face of which is covered with a reflective layer 3.
  • the crystal 2 is a ruby, i.e. an alumina crystal AI2O3 comprising chromium impurities, for example in the form of Cr 3+ ions and/or chromium oxide Cr2O3.
  • the crystal 2 is a ruby comprising a mass content of Cr 3+ ions and/or chromium oxide of between 0.05 and 0.5%, for example equal to 0.1%.
  • the reflective layer 3 is made of silver and has a thickness of between 100 and 1000 nm.
  • the sensor 1 also comprises a pump laser 4 configured to emit a pump beam Fi towards the crystal 2.
  • the pump laser 4 is a pulsed laser adapted to emit laser pulses of duration between 5 ns and 50 ps and of average energy between 1 and 100 mJ.
  • the wavelength of the pump beam Fi is included in one of the absorption bands of crystal 2 so that the illumination of crystal 2 by the pump beam Fi excites a part of the electrons of crystal 2.
  • the wavelength of the beam pumping Fi is included in the absorption band at 551 nm of ruby, for example between 500 and 560 nm, preferably equal to 532 nm.
  • a pulsed laser as a pump laser 4 in a crystal luminescence pressure measurement, particularly a PRL measurement, significantly increases the luminescence signal-to-noise ratio of the measurement.
  • the pulsed laser also makes it possible to quickly emit a high-power Fi pump beam and thus obtain rapid and significant excitation of the electrons in the crystal 2.
  • the inventors performed light spectra of the luminescence signal of a ruby, comprising 0.1% chromium oxide, following its illumination by two different pump lasers emitting a beam with a wavelength equal to 532 nm.
  • Figures 2A and 2B represent the results of these tests.
  • Figure 2A shows the light spectrum, including the characteristic Ri and R2 luminescence lines of ruby, obtained by a continuous pumping laser emitting a beam with a power of 5 W.
  • Figure 2B shows the light spectrum, including the characteristic Ri and R2 luminescence lines of ruby, obtained by a pulsed pump laser emitting laser pulses of duration equal to 10 ps and average energy equal to 30 mJ.
  • the characteristic Ri and R2 luminescence lines of ruby exhibit a greater light intensity relative to noise when the ruby is illuminated by a pulsed laser compared to when the ruby is illuminated by a continuous laser.
  • the sensor 1 also comprises an optical lens 5 for focusing the pumping beam Fi emitted by the pumping laser 4 onto the reflective layer 3, the reflective layer 3 covering the face of the crystal 2 opposite the face of the crystal 2 facing the optical lens 5.
  • the beam Fi passes through the crystal 2 before being focused onto the reflective layer 3.
  • the pump beam Fi excites part of the electrons in crystal 2 which then emits a luminescence signal Si, part of which is recovered by the optical lens 5 and directed towards a spectrometer 6 included in the sensor 1.
  • the sensor 1 may comprise a dichroic mirror 7 configured to select the part S'i of the luminescence signal Si whose wavelength is included in a predetermined range and direct said selected part S'i towards the spectrometer 6, the remainder of the luminescence signal Si not being directed towards the spectrometer 6.
  • the predetermined range comprises the wavelength lines for which the light intensity of the luminescence signal Si is maximum.
  • the predetermined range extends from 680 nm to 720 nm, it thus comprises the characteristic lines Ri and R2 of ruby luminescence.
  • the spectrometer 6 is configured to measure the variation in wavelength of the lines of the luminescence signal received over time, in particular to measure the variation in wavelength of the characteristic lines Ri and R2 of ruby luminescence.
  • the spectrometer 6 may comprise a spectroscope 8 configured to decompose the received signal into a plurality of light lines distributed according to their wavelength, forming a light spectrum, and a photodetector 9 for capturing and recording the light spectrum over time.
  • the spectroscope 8 is configured so as to focus, during the decomposition forming the light spectrum, on the characteristic lines Ri and R2 of luminescence of the ruby.
  • the photodetector 9 has a time resolution of less than 1 ns.
  • the sensor 1 may comprise a calculation unit for calculating the change in the pressure exerted on the crystal 2 over time from the variations in wavelength of the lines of the luminescence signal measured by the spectrometer 6.
  • Figure 3 illustrates the evolution in wavelength over time, during a dynamic compression test, of the characteristic lines RI and R2 of the ruby luminescence measured by the spectroscope of the sensor 1 according to the present invention. As shown in this figure 3, the sensor 1 has a time resolution suitable for measuring the pressure exerted on the crystal 2 during a dynamic compression test.
  • the sensor 1 also includes an interferometry system 12 configured to measure the velocity variations of the reflective layer 3 over time by laser Doppler interferometry velocimetry (LDIV).
  • LDIV laser Doppler interferometry velocimetry
  • the interferometry system 12 comprises a probing laser 13 and a Heterodyne Velocimetry (HV) interferometer 14.
  • the probing laser 13 is adapted to emit a probing beam F2 directed so as to be reflected by the reflective layer 3 after having been transmitted through the crystal 2.
  • the optical lens 5 focuses the probing beam F2 onto the reflective layer 3.
  • the wavelength of the probing beam F2 is between 1540 and 1560 nm, preferably equal to 1550 nm.
  • the ruby is transparent for these wavelengths.
  • the sensor 1 may comprise a dielectric mirror 15 reflecting at the wavelength of the probing beam S2 and transparent at the wavelength of the pumping beam Fi and at the wavelengths of the luminescence signal Si.
  • the dielectric mirror 15 is reflective in the infrared, in particular at 1550 nm, and transparent in the visible.
  • the dielectric mirror 15 is arranged so as to direct the probing beam F2 towards the crystal 2, in particular towards the optical lens 5 which focuses the probing beam F2 onto the reflective layer 3.
  • the dielectric mirror 15 is arranged between the optical lens 5 and the pumping laser 4, where appropriate between the optical lens 5 and the dichroic mirror 7.
  • the reflection of the probing beam F2, called the probing signal S2 is recovered by the optical lens 5 and directed towards the interferometer VH 14.
  • the probing signal S2 is reflected, after collimation by the optical lens 5, by the dielectric mirror 15 towards the interferometer VH 14.
  • the VH 14 interferometer is suitable for creating interference from the sounding signal S2 and for measuring the temporal evolution of said interference over time so as to deduce the variation in the speed of the reflective layer 3 over time.
  • the interferometry system 12 may comprise an optical fiber 16, for conveying the probing signal S2 coming from the dielectric mirror 15 to the VH interferometer 14, and a connector 17, for injecting the probing signal S2 into the optical fiber 16.
  • Figure 4 illustrates a sensor 1 for simultaneously measuring pressure and velocity according to a second embodiment of the invention.
  • the sensor 1 of Figure 4 is similar to that of Figure 1 and differs from the latter in that the interferometry system 12 comprises a VISAR interferometer 18 in place of the probing laser 13 and the VH interferometer 14.
  • the sensor 1 may comprise a perforated mirror 19 arranged so as to allow the pumping beam Fi emitted by the pumping laser 4 to pass towards the crystal 2 and to redirect the part of the pumping beam Fi, reflected by the reflective layer 3 and forming the probing signal S2, towards the VISAR interferometer 18.
  • the perforated mirror 19 is arranged between the pumping laser 4 and the optical lens 5, where appropriate between the pumping laser 4 and the dichroic mirror 7.
  • the VISAR 18 interferometer is suitable for creating interference from the sounding signal S2 and for measuring the temporal evolution of said interference over time so as to deduce the variation in the speed of the reflective layer 3 over time.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)

Abstract

L'invention concerne un capteur (1) pour mesurer simultanément une pression et une vitesse comprenant : - un cristal (2) comprenant une face recouverte d'une couche réfléchissante (3), - un laser de pompage (4) configuré pour émettre un faisceau de pompage (F1) vers le cristal et ayant une longueur d'onde comprise dans une bande d'absorption du cristal de sorte que l'illumination du cristal par le faisceau de pompage excite une partie des électrons du cristal, - un spectromètre (6) pour recevoir un signal de luminescence (S1), issu d'une désexcitation des électrons du cristal, et pour mesurer la variation au cours du temps en longueur d'onde des raies du spectre lumineux dudit signal de luminescence, - un système d'interférométrie (12) configuré pour mesurer les variations de vitesse de la couche réfléchissante au cours du temps par vélocimétrie par interférométrie Doppler laser.

Description

Description
Titre : Capteur et procédé pour mesurer simultanément une pression par luminescence cristalline et une vitesse par interférométrie Doppler laser
Domaine technique
La présente invention concerne le domaine des capteurs de pression et celui des capteurs de vitesse. Notamment, la présente invention concerne à la fois le domaine des capteurs de pression par luminescence cristalline, en particulier par luminescence rubis (PRL), et le domaine des vélocimètres laser de surface, également dénommés vélocimètres par interférométrie Doppler laser (VIDL).
Technique antérieure
Lors de l’étude du comportement de matériau en conditions extrêmes, il est commun de mesurer la pression exercée sur le matériau ou la vitesse de déformation du matériau. En particulier, dans le cadre d’essais en compression relativement lents, c’est-à-dire d’une durée de l’ordre de la seconde, voire de l’heure, il est usuel de mesurer la pression exercée sur le matériau. Dans le cadre d’essais en compression dynamique très rapide, c’est-à-dire d’une durée de l’ordre de la nanoseconde, par exemple sous la forme d’onde de choc, il est usuel de mesurer la vitesse de déformation du matériau.
Une méthode connue de mesure de pression est la mesure de pression par luminescence cristalline, notamment la mesure de pression par luminescence du rubis (PRL). Le rubis est un cristal d’alumine AI2O3 comprenant des impuretés de chrome et dont le spectre d’absorption lumineuse dans le visible présente deux bandes d’absorption distinctes, l’une autour de 407 et l’autre autour de 551 nm [1], La mesure de pression par luminescence cristalline, notamment PRL, repose sur le principe de fluorescence naturelle d’un cristal cible, par exemple le rubis, sensible à la pression exercée sur ledit cristal.
Lorsque le rubis est irradié dans ces bandes d’absorption, une partie de ses électrons s’excitent. Il s’ensuit des désexcitations successives des électrons excités durant lesquels des photons sont émis par le rubis, ce phénomène est appelé luminescence. Cette luminescence du rubis présente deux raies, dites raies caractéristiques Ri et R2 de luminescence du rubis, de longueur d’onde pour lesquelles l’intensité lumineuse est maximale. A température et pression ambiantes, ces raies caractéristiques Ri et R2 de luminescence du rubis ont, respectivement, pour longueur d’onde 694,25 nm et 692,85 nm.
Une variation de pression exercée sur le rubis entraîne une variation en longueur d’onde des photons émis par luminescence du rubis. Notamment, les longueurs d’onde des raies caractéristiques Ri et R2 varient en fonction de la pression exercée sur le rubis. Ainsi, la mesure PRL consiste à mesurer la variation en longueur d’onde des raies caractéristiques Ri et R2 au cours du temps et d’en déduire la variation de pression exercée sur le rubis au cours du temps.
Depuis les premiers essais en compression statiques réalisés avec des cellules à enclume de diamant [2], la mesure PRL est couramment employée pour mesurer la variation de pression au cours d’essais en compression statique, notamment en conditions extrêmes. Les essais en compression statique sont relativement lents, c’est-à-dire qu’ils sont de l’ordre de la seconde, voire de l’heure.
Des tests ont été réalisés, afin de déterminer si des rubis monocristallins d’orientations distinctes étaient adaptés pour des essais de compression dynamiques [3], [4], [5], [6] et [7], Pour autant, il n’est pas connu l’utilisation de la mesure PRL pour mesurer la pression exercée sur un matériau lors d’un essai en compression dynamique.
Lors des essais en compression dynamique, il est usuel de mesurer la vitesse de déformation du matériau et si besoin d’en déduire la pression exercée par l’utilisation de modèles connus.
Une méthode connue de mesure de la vitesse de déformation est la vélocimétrie laser de surface, également dénommée mesure de vélocimétrie par interférométrie Doppler laser (VIDL).
La mesure VIDL comprend l’illumination d’une surface cible par un laser et la collecte par un interféromètre de la lumière réfléchie par ladite surface cible afin de créer des interférences à partir de ladite lumière réfléchie. La mise en mouvement de la surface cible, notamment lors du passage d’une onde de choc, induit une modification par effet Doppler de la fréquence optique de la lumière réfléchie par la surface cible. Cette variation de la fréquence optique induit une variation dans les interférences créées par l’ interféromètre. Il est ainsi possible de déduire la variation due à l’effet Doppler de la fréquence optique de la lumière réfléchie à partir de la variation dans les interférences créées par l’ interféromètre et de déterminer par là-même la vitesse de la surface cible au cours du temps. La mesure VIDL comprend donc la mesure de l’évolution temporelle des interférences créées par l’interféromètre et la détermination, à partir de cette mesure, de la vitesse de la surface cible au cours du temps.
Un interféromètre usuel pour réaliser une mesure VIDL est l’interféromètre de vitesse pour tout réflecteur, également dénommé interféromètre VISAR, pour « Velocity Interferometer System for Any Reflector » en anglais [8], L’interféromètre VISAR a pour avantages de présenter une grande précision de mesure et d’être non intrusif.
Un autre interféromètre connu pour réaliser une mesure VIDL est l’interféromètre de Vélocimétrie Hétérodyne (VH), également dénommé « Photon Doppler Velocimetry Interferometer » en anglais [9], L’interféromètre VH a pour avantages d’être entièrement fibré et plus compact. Il est ainsi simple à mettre en œuvre lors de protocoles expérimentaux.
La mesure VIDL est souvent réservée aux essais en compression dynamique.
Il existe des modèles d’équations afin de calculer la vitesse du rubis à partir d’une mesure de l’évolution de pression par PRL, et, des modèles d’équations permettant de calculer la pression exercée sur un rubis à partir d’une mesure de sa vitesse par VIDL, [10], [11], [12] et [13], Cependant, il existe des incertitudes quant aux vitesses et aux pressions déduites par ces modèles.
Il existe donc un besoin pour s’affranchir de ces incertitudes. Plus largement, il existe un besoin pour connaître avec exactitude la pression exercée sur un cristal et sa vitesse au cours du temps lors d’un essai, notamment en compression, en conditions extrêmes.
En particulier, il existe un besoin pour un dispositif et/ou un procédé permettant de mesurer simultanément la pression exercée sur un cristal et sa vitesse lors d’essais, notamment en compression statique ou dynamique.
Le but de l’invention est de répondre, au moins en partie, à ce(s) besoin(s).
Exposé de l’invention
Pour ce faire, l’invention concerne un capteur pour mesurer simultanément une pression et une vitesse comprenant :
- un cristal comprenant une face recouverte d’une couche réfléchissante,
- un laser de pompage configuré pour émettre un faisceau de pompage vers le cristal et ayant une longueur d’onde comprise dans une bande d’absorption du cristal de sorte que l’illumination du cristal par le faisceau de pompage excite une partie des électrons du cristal,
- un spectromètre pour recevoir un signal de luminescence, issu d’une désexcitation des électrons du cristal, et pour mesurer la variation au cours du temps en longueur d’onde des raies du spectre lumineux dudit signal de luminescence,
- un système d’interférométrie configuré pour mesurer les variations de vitesse de la couche réfléchissante au cours du temps par vélocimétrie par interférométrie Doppler laser.
De préférence, le cristal est un cristal de rubis, de préférence comprenant un taux massique d’ions Cr3+ et/ou d’oxyde de chrome compris entre 0,05 et 0,5 %.
De préférence, la couche réfléchissante est une couche d’argent.
De préférence, la couche réfléchissante présente une épaisseur comprise entre 100 et 1000 nm.
De préférence, le laser de pompage est un laser impulsionnel. De préférence, le laser impulsionnel est adapté pour émettre des impulsions laser de durée comprise entre 5 ns et 50 ps et/ou d’énergie moyenne comprise entre 1 et 1000 mJ.
De préférence, la longueur d’onde du faisceau de pompage est comprise entre 500 et 560 nm.
De préférence, le capteur comprend un miroir dichroïque transparent à la longueur d’onde du faisceau de pompage et configuré pour sélectionner une partie du signal de luminescence dont la longueur d’onde est comprise dans une plage prédéterminée et diriger uniquement ladite partie sélectionnée vers le spectromètre. De préférence, la plage prédéterminée s’étend de 680 nm à 720 nm.
De préférence, le spectromètre comprend :
- un spectroscope configuré pour décomposer le signal de luminescence en une pluralité de raies lumineuses réparties en fonction de leur longueur d’onde, formant le spectre lumineux, et,
- un photodétecteur pour capturer et enregistrer le spectre lumineux au cours du temps.
Selon une première variante, le système d’interférométrie peut comprendre :
- un laser de sondage adapté pour émettre un faisceau de sondage vers le cristal de sorte à être réfléchi par la couche réfléchissante après transmission à travers le cristal,
- un interféromètre de vélocimétrie hétérodyne adapté pour créer des interférences à partir de la partie réfléchie du faisceau de sondage, dite signal de sondage, et pour mesurer l’évolution temporelle desdites interférences.
Selon cette première variante, le capteur comprend, de préférence, un miroir diélectrique réfléchissant à la longueur d’onde du faisceau de sondage et transparent à la longueur d’onde du faisceau de pompage, le miroir diélectrique étant agencé entre le cristal et le laser de pompage de sorte à diriger le faisceau de sondage vers le cristal.
Selon une deuxième variante, le système d’interférométrie peut comprendre un interféromètre VISAR adapté pour créer des interférences à partir d’un signal de sondage, et pour mesurer l’évolution temporelle desdites interférences, le signal de sondage étant constitué d’une partie du faisceau de pompage par la couche réfléchissante.
Selon cette deuxième variante, le capteur comprend, de préférence, un miroir troué agencé entre le cristal et le laser de pompage de sorte à laisser passer le faisceau de pompage émis par le laser de pompage vers le cristal et à rediriger la partie du faisceau de pompage, réfléchie par la couche réfléchissante, vers l’ interféromètre VISAR.
De préférence, le capteur comprend une lentille optique adaptée pour focaliser le faisceau de pompage sur la couche réfléchissante, et le cas échéant, pour focaliser le faisceau de sondage sur la couche réfléchissante.
L’invention concerne également un procédé de mesure simultanée d’une pression s’exerçant sur un cristal et d’une vitesse de mouvement dudit cristal, le cristal comprenant une face recouverte d’une couche réfléchissante, le procédé comprenant les étapes suivantes : a) illumination du cristal par un faisceau de pompage ayant une longueur d’onde comprise dans une bande d’absorption du cristal de sorte à exciter une partie des électrons du cristal, b) émission d’un signal de luminescence issu d’une désexcitation des électrons du cristal, c) mesure de la variation au cours du temps en longueur d’onde des raies du spectre lumineux du signal de luminescence, et, détermination, à partir de cette variation, de la pression s’exerçant sur le cristal au cours du temps, d) concomitamment aux étapes a) à c), réception d’un signal lumineux, dit signal de sondage, issu de la réflexion d’un faisceau laser sur la couche réfléchissante, et détermination de la vitesse de la couche réfléchissante au cours du temps par le suivi de l’évolution temporelle d’interférences crées à partir du signal de sondage.
De préférence, le procédé est mis en œuvre par un capteur selon la présente invention. L’invention concerne également une utilisation d’un capteur selon la présente invention ou d’un procédé selon la présente invention, pour un essai en compression statique ou dynamique, un essai de décharges électriques pulsées, un essai de résistance balistique, notamment simulant les impacts de débris spatiaux en orbite, ou un essai mécanique dans lequel la pression et la vitesse mesurées sont induits par des champs magnétiques.
La présente invention consiste donc essentiellement en un capteur et un procédé permettant de mesurer simultanément l’évolution de la pression s’exerçant sur un cristal et de la vitesse de mouvement dudit cristal, notamment lors d’un essai en compression statique ou dynamique.
Ainsi, il est possible de relier et de comparer les évolutions de pression et de vitesse mesurées entre elles afin de réduire les incertitudes de mesure. Il est également possible de valider ou d’infirmer certains modèles d’équations reliant la pression exercée sur un cristal à la vitesse dudit cristal. En outre, le cristal peut servir de jauge lors d’un essai mécanique d’un matériau, notamment en conditions extrêmes.
Avantageusement, le capteur selon la présente invention peut présenter un laser de pompage adapté en puissance pour permettre une excitation rapide et suffisante des électrons du cristal, par exemple de l’ordre de la nanoseconde voire inférieur, de sorte que ledit cristal émet, en moins de 1 ns, un signal de luminescence d’intensité suffisante pour être détecté par le spectromètre, la résolution temporelle du spectromètre étant inférieure à 1 ns. Ainsi, le capteur est adapté pour mesurer la pression s’exerçant sur le cristal lors d’un essai en compression dynamique.
Brève description des dessins
D’autres avantages et caractéristiques ressortiront mieux à la lecture de la description détaillée, faite à titre illustratif et non limitatif, en référence aux figures suivantes :
[Fig 1] la figure 1 est une vue schématique d’un capteur pour mesurer simultanément une pression et une vitesse selon un premier mode de réalisation de l’invention dans lequel le système d’interférométrie pour la mesure VIDL comprend un laser de sondage et un interféromètre VH ;
[Fig 2A] la figure 2A représente l’évolution au cours du temps du spectre lumineux de la luminescence d’un rubis, comprenant 0,1 % d’oxyde de chrome, à la suite de son illumination par un laser de pompage émettant un faisceau continu de longueur d’onde égale à 532 nm et de puissance égale à 5 W ;
[Fig 2B] la figure 2B représente l’évolution au cours du temps du spectre lumineux de la luminescence d’un rubis, comprenant 0,1 % d’oxyde de chrome, à la suite de son illumination par un laser de pompage émettant des impulsions laser de longueur d’onde égale à 532 nm, de durée égale à 10 ps et d’énergie moyenne égale à 30 mJ ;
[Fig 3] la figure 3 représente l’évolution au cours du temps, lors d’un essai en compression dynamique, du spectre lumineux de la luminescence rubis capturée par le spectroscope d’un capteur selon la présente invention ;
[Fig 4] la figure 4 est une vue schématique d’un capteur pour mesurer simultanément une pression et une vitesse selon un deuxième mode de réalisation de l’invention dans lequel le système d’interférométrie pour la mesure VIDL comprend un interféromètre VISAR.
Description détaillée
Pour des raisons de clarté, les différents éléments des figures sont représentés en échelle libre, les dimensions réelles des différentes parties n’étant pas nécessairement respectées.
On a illustré à la figure 1 un capteur 1 pour mesurer simultanément une pression et une vitesse selon un premier mode de réalisation de l’invention.
Le capteur 1 comprend un cristal 2 dont une face est recouverte d’une couche réfléchissante 3. Le cristal 2 est un rubis, c’est-à-dire un cristal d’alumine AI2O3 comprenant des impuretés de chrome, par exemple sous la forme d’ions Cr3+ et/ou d’oxyde de chrome Cr2Û3. De préférence, le cristal 2 est un rubis comprenant un taux massique d’ions Cr3+ et/ou d’oxyde de chrome compris entre 0,05 et 0,5 %, par exemple égal à 0,1 %. La couche réfléchissante 3 est en argent et présente une épaisseur comprise entre 100 et 1000 nm.
Le capteur 1 comprend également un laser de pompage 4 configuré pour émettre un faisceau de pompage Fi vers le cristal 2. Le laser de pompage 4 est un laser impulsionnel adapté pour émettre des impulsions laser de durée comprise entre 5 ns et 50 ps et d’énergie moyenne comprise entre 1 et 100 mJ.
La longueur d’onde du faisceau de pompage Fi est comprise dans une des bandes d’absorption du cristal 2 de sorte que l’illumination du cristal 2 par le faisceau de pompage Fi excite une partie des électrons du cristal 2. En particulier, la longueur d’onde du faisceau de pompage Fi est comprise dans la bande d’absorption à 551 nm du rubis, par exemple comprise entre 500 et 560 nm, de préférence égale à 532 nm.
L’utilisation d’un laser impulsionnel en tant que laser de pompage 4 dans une mesure de pression par luminescence cristalline, notamment une mesure PRL, accroît significativement le rapport signal de luminescence sur bruit de la mesure. Le laser impulsionnel permet également d’émettre rapidement un faisceau de pompage Fi de puissance élevée et d’ainsi obtenir une excitation rapide et importante des électrons du cristal 2.
Les inventeurs ont réalisé des spectres lumineux du signal de luminescence d’un rubis, comprenant 0,1 % d’oxyde de chrome, à la suite de son illumination par deux lasers de pompage différents émettant un faisceau de longueur d’onde égale à 532 nm. Les figures 2A et 2B représentent les résultats de ces tests.
La figure 2A montre le spectre lumineux, comprenant les raies caractéristiques Ri et R2 de luminescence du rubis, obtenu par un laser de pompage continu émettant un faisceau avec un puissance de 5 W.
La figure 2B montre le spectre lumineux, comprenant les raies caractéristiques Ri et R2 de luminescence du rubis, obtenu par un laser de pompage impulsionnel émettant des impulsions laser de durée égale à 10 ps et d’énergie moyenne égale à 30 mJ.
Comme cela peut être constaté des figures 2A et 2B, les raies caractéristiques Ri et R2 de luminescence du rubis présentent une intensité lumineuse par rapport au bruit plus grande lorsque le rubis est illuminé par un laser impulsionnel comparément à lorsque le rubis est illuminé par un laser continu.
La capteur 1 comprend également une lentille optique 5 pour focaliser le faisceau de pompage Fi émis par le laser de pompage 4 sur la couche réfléchissante 3, la couche réfléchissante 3 recouvrant la face du cristal 2 opposée à la face du cristal 2 en vis-à-vis de la lentille optique 5. Ainsi, le faisceau Fi traverse le cristal 2 avant d’être focalisé sur la couche réfléchissante 3.
Lors de son passage le faisceau de pompage Fi excite une partie des électrons du cristal 2 qui émet alors un signal de luminescence Si dont une partie est récupérée par la lentille optique 5 et dirigée vers un spectromètre 6 compris par le capteur 1. Le capteur 1 peut comprendre un miroir dichroïque 7 configuré pour sélectionner la partie S’i du signal de luminescence Si dont la longueur d’onde est comprise dans une plage prédéterminée et diriger ladite partie S’i sélectionnée vers le spectromètre 6, le reste du signal de luminescence Si n’étant pas dirigé vers le spectromètre 6. La plage prédéterminée comprend les raies de longueur d’onde pour lesquelles l’intensité lumineuse du signal de luminescence Si est maximale. De préférence, la plage prédéterminée s’étend de 680 nm à 720 nm, elle comprend ainsi les raies caractéristiques Ri et R2 de luminescence du rubis.
Le spectromètre 6 est configuré pour mesurer la variation en longueur d’onde des raies du signal de luminescence reçu au cours du temps, notamment pour mesurer la variation en longueur d’onde des raies caractéristiques Ri et R2 de luminescence du rubis. Pour cela le spectromètre 6 peut comprendre un spectroscope 8 configuré pour décomposer le signal reçu en une pluralité de raies lumineuses réparties en fonction de leur longueur d’onde en formant un spectre lumineux, et, un photodétecteur 9 pour capturer et enregistrer le spectre lumineux au cours du temps.
De préférence, le spectroscope 8 est configuré de sorte à se concentrer, lors de la décomposition formant le spectre lumineux, sur les raies caractéristiques Ri et R2 de luminescence du rubis.
De préférence, la photodétecteur 9 présente une résolution temporelle inférieure à 1 ns.
Le photodétecteur 9 peut être une caméra à balayage de fente, de préférence comprenant une photocathode multi-alcaline, de préférence la photocathode étant de type S25. Un tel photodétecteur 9 présente une résolution temporelle très basse, notamment inférieure à 1 ns, et une sensibilité élevée pour mesurer l’intensité lumineuse des raies de longueur d’onde comprise entre 680 et 720 nm.
Le spectromètre 6 peut comprendre une fibre optique 10, pour acheminer la partie S’i du signal de luminescence Si sélectionnée par le miroir dichroïque 7 jusqu’au spectroscope 8, et un raccord 11, pour injecter la partie S’ 1 du signal de luminescence Si dans la fibre optique 10.
Le capteur 1 peut comprendre une unité de calcul pour calculer l’évolution de la pression s’exerçant sur le cristal 2 au cours du temps à partir des variations en longueur d’onde des raies du signal de luminescence mesurées par le spectromètre 6. On a illustré à la figure 3 l’évolution en longueur d’onde au cours du temps, lors d’un essai en compression dynamique, des raies caractéristiques RI et R2 de la luminescence rubis mesurée par le spectroscope du capteur 1 selon la présente invention. Comme le montre cette figure 3, le capteur 1 présente une résolution temporelle adaptée pour mesurer la pression s’exerçant sur le cristal 2 lors d’un essai en compression dynamique.
Le capteur 1 comprend également un système d’interférométrie 12 configuré pour mesurer les variations de vitesse de la couche réfléchissante 3 au cours du temps par vélocimétrie par interférométrie Doppler laser (VIDL).
Le système d’interférométrie 12 comprend un laser de sondage 13 et un interféromètre de Vélocimétrie Hétérodyne (VH) 14. Le laser de sondage 13 est adapté pour émettre un faisceau de sondage F2 dirigé de sorte à être réfléchi par la couche réfléchissante 3 après avoir été transmis à travers le cristal 2. De préférence, la lentille optique 5 focalise le faisceau de sondage F2 sur la couche réfléchissante 3. De préférence, la longueur d’onde du faisceau de sondage F2 est comprise entre 1540 et 1560 nm, de préférence égale à 1550 nm. Avantageusement, le rubis est transparent pour ces longueurs d’onde.
Le capteur 1 peut comprendre un miroir diélectrique 15 réfléchissant à la longueur d’onde du faisceau de sondage S2 et transparent à la longueur d’onde du faisceau de pompage Fi et aux longueurs d’onde du signal de luminescence Si. Notamment, le miroir diélectrique 15 est réfléchissant dans l’infrarouge, en particulier à 1550 nm, et transparent dans le visible.
Le miroir diélectrique 15 est agencé de sorte à diriger le faisceau de sondage F2 vers le cristal 2, notamment vers la lentille optique 5 qui focalise le faisceau de sondage F2 sur la couche réfléchissante 3. En particulier, le miroir diélectrique 15 est agencé entre la lentille optique 5 et le laser de pompage 4, le cas échéant entre la lentille optique 5 et le miroir dichroïque 7.
La réflexion du faisceau de sondage F2, dite signal de sondage S2, est récupérée par la lentille optique 5 et dirigée vers F interféromètre VH 14. Notamment, le signal de sondage S2 est réfléchi, après collimation par la lentille optique 5, par le miroir diélectrique 15 vers F interféromètre VH 14.
L’ interféromètre VH 14 est adapté pour créer des interférences à partir du signal de sondage S2 et pour mesurer l’évolution temporelle desdites interférences au cours du temps de sorte à en déduire la variation de la vitesse de la couche réfléchissante 3 au cours du temps. Le système d’interférométrie 12 peut comprendre une fibre optique 16, pour acheminer le signal de sondage S2 provenant du miroir diélectrique 15 jusqu’à l’interféromètre VH 14, et un raccord 17, pour injecter le signal de sondage S2 dans la fibre optique 16.
On a illustré à la figure 4 un capteur 1 pour mesurer simultanément une pression et une vitesse selon un deuxième mode de réalisation de l’invention. Le capteur 1 de la figure 4 est similaire à celui de la figure 1 et diffère de ce dernier en ce que le système d’interférométrie 12 comprend un interféromètre VISAR 18 à la place du laser de sondage 13 et de l’interféromètre VH 14.
Dans le mode de réalisation illustré à la figure 4 c’est une partie du faisceau de pompage Fi, réfléchie par la couche réfléchissante 3, qui sert de signal de sondage S2.
Le capteur 1 peut comprendre un miroir troué 19 agencé de sorte à laisser passer le faisceau de pompage Fi émis par le laser de pompage 4 vers le cristal 2 et à rediriger la partie du faisceau de pompage Fi, réfléchie par la couche réfléchissante 3 et formant le signal de sondage S2, vers l’interféromètre VISAR 18. En particulier, le miroir troué 19 est agencé entre le laser de pompage 4 et la lentille optique 5, le cas échéant entre le laser de pompage 4 et le miroir dichroïque 7.
L’interféromètre VISAR 18 est adapté pour créer des interférences à partir du signal de sondage S2 et pour mesurer l’évolution temporelle desdites interférences au cours du temps de sorte à en déduire la variation de la vitesse de couche réfléchissante 3 au cours du temps.
D’autres variantes et améliorations peuvent être envisagées sans pour autant sortir du cadre de l’invention tel que défini par les revendications ci-après. En particulier, la présente invention ne se limite pas au rubis comme cristal. D’autres cristaux, ayant une fluorescence sensible à la pression lors de sollicitations en régime dynamique, peuvent être envisagés.
Liste des références citées
[1] C. Degli Esposti et al.: “Absorption and emission spectroscopy of a lasing material: ruby”, Journal of Chemical Education, 84(8): 1316-1318, 2007.
[2] R.A. Forman et al.: “Pressure measurement made by the utilization of ruby sharpline luminescence”, Science, 176(4032): 284-285, 1972.
[3] P.D. Hom et al.: “Wavelength shift of the ruby luminescence R lines under shock compression”, Applied Physics Letter, 49(14): 856-858, 1986. [4] Y.M. Gupta et al.: “Potential use of the r2 line shift for static high-pressure calibration”, Applied Physics Letter, 58(6): 583-585, 1991.
[5] S.M. Sharma et al.: “Theoretical analysis of R-line shifts of ruby subjected to different deformation conditions”, Physical Review B, 43(1): 879-893, 1991.
[6] X.A. Shen et al.: “Effect of crystal orientation on ruby R-line shifts under shock compression and tension”, Physical Review B, 48(5): 2929-2940, 1993.
[7] J.K. Hyun et al.: “Ruby R-line for shock compression along (1102)”, Journal of Applied Physics, 84(4): 1947-1952, 1998.
[8] L.M. Barker et al.: “Shock-wave studies of pmma, fused, silica, and saphire”, Journal of Applied Physics, 41(4208), 1970.
[9] D.H. Dolan: “Accuracy and precision in photon doppler velocimetry”, Review of Scientific Instruments, 81(053905), 2010.
[10] P.D. Horn et al.: “Luminescence R-line spectrum of ruby crystals shocked to 125 kbar along the crystal c axis”, Physical Review B, 38(2): 973-979, 1989.
[11] V.N. Korobenko et al.: “Electrical resistivity and equation of state measurements on hot expanded aluminum in the metal-nonmetal transition range”, Physical Review B, 75(064208), 2007.
[12] J. Clérouin et al.: “Direct measurements and ab initio stimulations for expanded fluid aluminum in the metal-nonmetal transition rage”, Physical Review B, 78(224203): 59-66, 2008.
[13] L.D. Landau et al.: “Téorétitcheskaïa fizika v 10 tomakh : Tom IV Guidrodinamika”, Mir - Ellipses, 3, isbn 2-7298-9423-3 edition, 1994.

Claims

Revendications
1. Capteur (1) pour mesurer simultanément une pression et une vitesse comprenant :
- un cristal (2) comprenant une face recouverte d’une couche réfléchissante (3),
- un laser de pompage (4) configuré pour émettre un faisceau de pompage (Fi) vers le cristal et ayant une longueur d’onde comprise dans une bande d’absorption du cristal de sorte que l’illumination du cristal par le faisceau de pompage excite une partie des électrons du cristal,
- un spectromètre (6) pour recevoir un signal de luminescence (Si), issu d’une désexcitation des électrons du cristal, et pour mesurer la variation au cours du temps en longueur d’onde des raies du spectre lumineux dudit signal de luminescence,
- un système d’interférométrie (12) configuré pour mesurer les variations de vitesse de la couche réfléchissante au cours du temps par vélocimétrie par interférométrie Doppler laser.
2. Capteur selon la revendication 1, le cristal étant un cristal de rubis, de préférence comprenant un taux massique d’ions Cr3+ et/ou d’oxyde de chrome compris entre 0,05 et 0,5 %.
3. Capteur selon la revendication 1 ou 2, la couche réfléchissante étant une couche d’argent, de préférence d’épaisseur comprise entre 100 et 1000 nm.
4. Capteur selon l’une des revendications précédentes, le laser de pompage étant un laser impulsionnel, de préférence adapté pour émettre des impulsions laser de durée comprise entre 5 ns et 50 ps et/ou d’énergie moyenne comprise entre 1 et 1000 mJ.
5. Capteur selon l’une des revendications précédentes, la longueur d’onde du faisceau de pompage étant comprise entre 500 et 560 nm.
6. Capteur selon l’une des revendications précédentes, comprenant un miroir dichroïque (7) transparent à la longueur d’onde du faisceau de pompage et configuré pour sélectionner une partie (S’i) du signal de luminescence dont la longueur d’onde est comprise dans une plage prédéterminée et diriger uniquement ladite partie sélectionnée vers le spectromètre, de préférence la plage prédéterminée s’étendant de 680 nm à 720 nm.
7. Capteur selon l’une des revendications précédentes, le spectromètre comprenant :
- un spectroscope (8) configuré pour décomposer le signal de luminescence en une pluralité de raies lumineuses réparties en fonction de leur longueur d’onde, formant le spectre lumineux, et,
- un photodétecteur (9) pour capturer et enregistrer le spectre lumineux au cours du temps.
8. Capteur selon l’une des revendications précédentes, le système d’interférométrie comprenant :
- un laser de sondage (13) adapté pour émettre un faisceau de sondage (F2) vers le cristal de sorte à être réfléchi par la couche réfléchissante après transmission à travers le cristal,
- un interféromètre de vélocimétrie hétérodyne (14) adapté pour créer des interférences à partir de la partie réfléchie du faisceau de sondage, dite signal de sondage (S2), et pour mesurer l’évolution temporelle desdites interférences.
9. Capteur selon la revendication précédente, comprenant un miroir diélectrique (15) réfléchissant à la longueur d’onde du faisceau de sondage et transparent à la longueur d’onde du faisceau de pompage, le miroir diélectrique étant agencé entre le cristal et le laser de pompage de sorte à diriger le faisceau de sondage vers le cristal.
10. Capteur selon l’une des revendications 1 à 8, le système d’interférométrie comprenant un interféromètre VISAR (18) adapté pour créer des interférences à partir d’un signal de sondage (S2), et pour mesurer l’évolution temporelle desdites interférences, le signal de sondage étant constitué d’une partie du faisceau de pompage par la couche réfléchissante.
11. Capteur selon la revendication précédente, comprenant un miroir troué (19) agencé entre le cristal et le laser de pompage de sorte à laisser passer le faisceau de pompage émis par le laser de pompage vers le cristal et à rediriger la partie du faisceau de pompage, réfléchie par la couche réfléchissante, vers l’ interféromètre VISAR.
12. Capteur selon l’une des revendications précédentes, comprenant une lentille optique (5) adaptée pour focaliser le faisceau de pompage sur la couche réfléchissante, et le cas échéant, pour focaliser le faisceau de sondage (F2) sur la couche réfléchissante.
13. Procédé de mesure simultanée d’une pression s’ exerçant sur un cristal (2) et d’une vitesse de mouvement dudit cristal, le cristal comprenant une face recouverte d’une couche réfléchissante (3), le procédé comprenant les étapes suivantes : a) illumination du cristal par un faisceau de pompage (Fi) ayant une longueur d’onde comprise dans une bande d’absorption du cristal de sorte à exciter une partie des électrons du cristal, b) émission d’un signal de luminescence (Si) issu d’une désexcitation des électrons du cristal, c) mesure de la variation au cours du temps en longueur d’onde des raies du spectre lumineux du signal de luminescence, et, détermination, à partir de cette variation, de la pression s’exerçant sur le cristal au cours du temps, d) concomitamment aux étapes a) à c), réception d’un signal lumineux, dit signal de sondage (S2), issu de la réflexion d’un faisceau laser sur la couche réfléchissante, et détermination de la vitesse de la couche réfléchissante au cours du temps par le suivi de l’évolution temporelle d’interférences crées à partir du signal de sondage.
14. Procédé selon la revendication précédente, étant mis en œuvre par un capteur selon l’une des revendications 1 à 12.
15. Utilisation d’un capteur selon l’une des revendications 1 à 12 ou d’un procédé selon la revendication 13 ou 14, pour un essai en compression statique ou dynamique, un essai de décharges électriques pulsées, un essai de résistance balistique, notamment simulant les impacts de débris spatiaux en orbite, ou un essai mécanique dans lequel la pression et la vitesse mesurées sont induits par des champs magnétiques.
PCT/EP2025/058807 2024-04-04 2025-04-01 Capteur et procédé pour mesurer simultanément une pression par luminescence cristalline et une vitesse par interférométrie doppler laser Pending WO2025210010A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2403486A FR3161034B1 (fr) 2024-04-04 2024-04-04 Capteur et procédé pour mesurer simultanément une pression par luminescence cristalline et une vitesse par interférométrie Doppler laser
FRFR2403486 2024-04-04

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2025210010A1 true WO2025210010A1 (fr) 2025-10-09

Family

ID=92295866

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2025/058807 Pending WO2025210010A1 (fr) 2024-04-04 2025-04-01 Capteur et procédé pour mesurer simultanément une pression par luminescence cristalline et une vitesse par interférométrie doppler laser

Country Status (2)

Country Link
FR (1) FR3161034B1 (fr)
WO (1) WO2025210010A1 (fr)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5642194A (en) * 1996-02-05 1997-06-24 The Regents Of The University Of California White light velocity interferometer
US6597821B1 (en) * 1998-12-28 2003-07-22 Abb Research Ltd Fiber laser sensor for measuring differential pressures and flow velocities

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5642194A (en) * 1996-02-05 1997-06-24 The Regents Of The University Of California White light velocity interferometer
US6597821B1 (en) * 1998-12-28 2003-07-22 Abb Research Ltd Fiber laser sensor for measuring differential pressures and flow velocities

Non-Patent Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
C. DEGLI ESPOSTI ET AL.: "Absorption and emission spectroscopy of a lasing material: ruby", JOURNAL OF CHEMICAL EDUCATION, vol. 84, no. 8, 2007, pages 1316 - 1318
D.H. DOLAN: "Accuracy and precision in photon doppler velocimetry", REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS, vol. 81, no. 053905, 2010
GUPTA Y M ET AL: "POTENTIAL USE OF THE RUBY R2 LINE SHIFT FOR STATIC HIGH-PRESSURE CALIBRATION", APPLIED PHYSICS LETTERS, AMERICAN INSTITUTE OF PHYSICS, 2 HUNTINGTON QUADRANGLE, MELVILLE, NY 11747, vol. 58, no. 6, 11 February 1991 (1991-02-11), pages 583 - 585, XP000205672, ISSN: 0003-6951, DOI: 10.1063/1.104594 *
J. CLÉROUIN ET AL.: "Direct measurements and ab initio stimulations for expanded fluid aluminum in the metal-nonmetal transition rage", PHYSICAL REVIEW B, vol. 78, no. 224203, 2008, pages 59 - 66
J.K. HYUN ET AL.: "Ruby R-line for shock compression along (1102", JOURNAL OF APPLIED PHYSICS, vol. 84, no. 4, 1998, pages 1947 - 1952, XP012045682, DOI: 10.1063/1.368325
L.D. LANDAU ET AL.: "Téorétitcheskaïa fizika v 10 tomakh : Tom IV Guidrodinamika", MIR - ELLIPSES, vol. 3, 1994
L.M. BARKER ET AL.: "Shock-wave studies of pmma, fused, silica, and saphire", JOURNAL OF APPLIED PHYSICS, vol. 41, no. 4208, 1970
P.D. HORN ET AL.: "Luminescence R-line spectrum of ruby crystals shocked to 125 kbar along the crystal c axis", PHYSICAL REVIEW B, vol. 38, no. 2, 1989, pages 973 - 979, XP000037017, DOI: 10.1103/PhysRevB.39.973
P.D. HORN ET AL.: "Wavelength shift of the ruby luminescence R lines under shock compression", APPLIED PHYSICS LETTER, vol. 49, no. 14, 1986, pages 856 - 858
R.A. FORMAN ET AL.: "Pressure measurement made by the utilization of ruby sharp-line luminescence", SCIENCE, vol. 176, no. 4032, 1972, pages 284 - 285
S.M. SHARMA ET AL.: "Theoretical analysis of R-line shifts of ruby subjected to different deformation conditions", PHYSICAL REVIEW B, vol. 43, no. 1, 1991, pages 879 - 893
TORCHIO R ET AL: "XAS and XMCD spectroscopies to study matter at high pressure: Probing the correlation between structure and magnetism in the 3d metals", COORDINATION CHEMISTRY REVIEWS, ELSEVIER SCIENCE, AMSTERDAM, NL, vol. 277, 20 March 2014 (2014-03-20), pages 80 - 94, XP029054843, ISSN: 0010-8545, DOI: 10.1016/J.CCR.2014.02.024 *
V.N. KOROBENKO ET AL.: "Electrical resistivity and equation of state measurements on hot expanded aluminum in the metal-nonmetal transition range", PHYSICAL REVIEW B, vol. 75, no. 064208, 2007
X.A. SHEN ET AL.: "Effect of crystal orientation on ruby R-line shifts under shock compression and tension", PHYSICAL REVIEW B, vol. 48, no. 5, 1993, pages 2929 - 2940
Y.M. GUPTA ET AL.: "Potential use of the r2 line shift for static high-pressure calibration", APPLIED PHYSICS LETTER, vol. 58, no. 6, 1991, pages 583 - 585, XP000205672, DOI: 10.1063/1.104594

Also Published As

Publication number Publication date
FR3161034A1 (fr) 2025-10-10
FR3161034B1 (fr) 2026-04-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2614363B1 (fr) Dispositif de cartographie et d'analyse à haute résolution d'éléments dans des solides
FR2739934A1 (fr) Production et detection d'ultrasons avec des lasers a impulsions longues
FR2491615A1 (fr) Procede de mesure optoelectronique et dispositifs pour la determination de la qualite de surfaces a reflexion diffuse
EP0027763B1 (fr) Procédé et appareil de mesure de distance par interférométrie laser à deux longueurs d'ondes
EP3069185B1 (fr) Dispositif et methode de mise au point tridimensionnelle pour microscope
FR3054380A1 (fr) Systeme et procede de spectrometrie acoustique resonante
EP3985455A1 (fr) Ensemble de mesure du degré d'humidité relative à l'intérieur d'un boîtier de montre
FR2718237A1 (fr) Dispositif de mesure optique de température cryogénique.
FR2658607A1 (fr) Procede et systeme de mesure optique de la temperature de l'air par excitation laser, notamment en avant d'un aeronef.
FR2658608A1 (fr) Procede et systeme de mesure optique de la pression de l'air par excitation laser, notamment en avant d'un aeronef.
EP0263016A1 (fr) Capteur de déplacement et de proximité à trois fibres optiques
FR3026484A1 (fr) Procede et systeme d'inspection de plaquettes transparentes pour l'electronique, l'optique ou l'optoelectronique
EP0601081B1 (fr) Microcapteur à poutre vibrante compensé en température
WO2025210010A1 (fr) Capteur et procédé pour mesurer simultanément une pression par luminescence cristalline et une vitesse par interférométrie doppler laser
FR2499718A1 (fr) Procede et dispositif pour la detection des defauts de surface des pieces mecaniques, en particulier des pieces a surface courbe
EP2828635B1 (fr) Système de mesure d'une zone d'écartement dans un substrat
Sandy Lee et al. Ultrafast microscopy of shock waves using a shock target array with an optical nanogauge
FR3096781A1 (fr) système de mesure acoustique picoseconde à double faisceaux sondes
US6756579B2 (en) Optical fiber based apparatus and sensor with enhanced signal for pressure measurements
EP4327062B1 (fr) Dispositif pour la mesure de pression
EP1853898B1 (fr) Procédé et système d'analyse physicochimique à l'aide d'une ablation par pulse laser
FR2663740A1 (fr) Procede d'exploitation des signaux fournis par un pyrometre optique, notamment pour mesurer avec precision la temperature de corps en mouvement et a temperature rapidement evolutive.
US4624573A (en) Total optical loss measurement device
WO2002097407A1 (fr) Procede de detection optique d'especes chimiques contenues dans les milieux condenses
JP2006038765A (ja) 吸収計測装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 25715717

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1