Etude et réalisation d'un capteur de déplacement à fibres optiques à codage d'intensité PDF Download
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Author: Emmanuel Bois Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 114
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MESURE DES DISTANCES PAR FIBRES OPTIQUES PAR MODULATION D'INTENSITE (PAR REFLEXION SUR UNE CIBLE). UN EXAMEN DES REALISATIONS PRECEDENTES DANS CE DOMAINE, CONDUIT A ADOPTER UN MONTAGE DE BASE (SYSTEME MONOFIBRE EMETTRICE ET RECEPTRICE INCORPORANT UNE LENTILLE) QUI EST ETUDIE DE FACON THEORIQUE. L'INFLUENCE DES PRINCIPAUX PARAMETRES EST ANALYSEE: DISTANCE (GRANDEUR A MESURER), REFLECTIVITE DE LA CIBLE, FORME ET INCLINAISON DE CELLE-CI. CES RESULTATS THEORIQUES SONT VALIDES PAR UNE ETUDE EXPERIMENTALE QUI SE CONCLUT PAR LA FABRICATION D'UNE PREMIERE MAQUETTE: CAPTEUR DE POSITION A FIBRE VIBRANTE. LES PERFORMANCES INTERESSANTES OBTENUES ONT CONDUIT A ELABORER UN DISPOSITIF STATIQUE INCORPORANT DEUX FIBRES DE MESURE. LE MONTAGE OPTIQUE AINSI QUE LA REALISATION DES CARTES ELECTRONIQUES ASSOCIEES SONT DECRITS. LA DISCUSSION FINALE PORTE SUR L'EVALUATION DES RESULTATS DE CE PREMIER PROTOTYPE INDUSTRIEL
Author: Emmanuel Bois Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 114
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MESURE DES DISTANCES PAR FIBRES OPTIQUES PAR MODULATION D'INTENSITE (PAR REFLEXION SUR UNE CIBLE). UN EXAMEN DES REALISATIONS PRECEDENTES DANS CE DOMAINE, CONDUIT A ADOPTER UN MONTAGE DE BASE (SYSTEME MONOFIBRE EMETTRICE ET RECEPTRICE INCORPORANT UNE LENTILLE) QUI EST ETUDIE DE FACON THEORIQUE. L'INFLUENCE DES PRINCIPAUX PARAMETRES EST ANALYSEE: DISTANCE (GRANDEUR A MESURER), REFLECTIVITE DE LA CIBLE, FORME ET INCLINAISON DE CELLE-CI. CES RESULTATS THEORIQUES SONT VALIDES PAR UNE ETUDE EXPERIMENTALE QUI SE CONCLUT PAR LA FABRICATION D'UNE PREMIERE MAQUETTE: CAPTEUR DE POSITION A FIBRE VIBRANTE. LES PERFORMANCES INTERESSANTES OBTENUES ONT CONDUIT A ELABORER UN DISPOSITIF STATIQUE INCORPORANT DEUX FIBRES DE MESURE. LE MONTAGE OPTIQUE AINSI QUE LA REALISATION DES CARTES ELECTRONIQUES ASSOCIEES SONT DECRITS. LA DISCUSSION FINALE PORTE SUR L'EVALUATION DES RESULTATS DE CE PREMIER PROTOTYPE INDUSTRIEL
Author: Vincent Trudel (Auteur de Capteurs de déplacement à fibre optique à modulation d'intensité basée sur la présence de désalignements entre fibres monomodes) Publisher: ISBN: Category : Displacement transducers Languages : fr Pages : 0
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Ces présents travaux de recherche portent sur le développement de nouveaux capteurs de déplacements à fibre optique monomode a modulation d'intensité causée par la présence de désalignements entre les fibres. À partir d'un fondement théorique rigoureux, des nouveaux principes de fonctionnement de capteurs sont développes. Des modèles analytiques d'efficacité de couplage optique entre faisceaux gaussiens sont utilisés. Un modèle basé sur une expression plus juste du mode de propagation fondamental de la fibre monomode et sur le phénomène de propagation d'un champ optique dans l'air libre est aussi développé à l'aide de la méthode de l'intégrale de recouvrement. Les performances expérimentales de deux capteurs sont évaluées et des directives de conception sont proposées. Ces capteurs sont caractérisés par un comportement linéaire, des possibilités de mesure multidimensionnelle, des performances adaptables a différentes applications et l'évitement des désavantages classiques des capteurs à modulation d'intensité. Une étude principalement théorique de quelques autres solutions est également réalisée.
Author: Danping Wang Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 128
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L'objectif de cette thèse est de concevoir et de réaliser des capteurs de déplacement à fibres optiques, extrinsèques, à modulation d'intensité et de résolution nana étrique. Deux capteurs à fibres optiques ont été conçus, réalisés et étalonnés. Le premier a une résolution de 1,6 ns sur me étendu de mesure de 80 nm avec une bande passante de 10 Hz, il a été étalonné au Laboratoire National d'Essais (Bureau National de Métrologie), les résultats expérimentaux confirme le modèle opto-géométrique basé sur la variation du flux lumineux. Le second a une résolution de 0,6 nm rms sur une étendu de mesure de 120 nm avec une bande passante de 5 z. L'influence de l'angle d'inclinaison du capteur par rapport à la surface du réflecteur ainsi que la sensibilité à la dérive thermique entre 5°C et 40°C ont été modélisées et confirmées pm l'expérience. Pm la suite, un capteur à fibres optiques avec un bras de référence a été conçu pour minimiser l'influence de la dérive thermique et les fluctuations de la puissance optique de l'émetteur. Des mesures d'amplitude de vibration due à un défaut de précession d'un tour d'usinage à paliers magnétiques, de déplacement par effet magnétostrictif et de profil de surfaces usinées à l'outil diamant ont été réalisées et comparées aux résultats obtenus par un microscope interférentiel.
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CETTE ETUDE AVAIT POUR BUT DE DEMONTRER LA FAISABILITE D'UN NOUVEAU CAPTEUR DE DEPLACEMENT OPTIQUE INTEGRE INTERFEROMETRIQUE, POUVANT ETRE CONNECTE PAR DES FIBRES OPTIQUES MONOMODES, VOIRE MULTIMODES. LA TECHNOLOGIE MISE EN UVRE AU NIVEAU DU CIRCUIT OPTIQUE UTILISE UNE STRUCTURE MULTICOUCHES EPAISSE, DEVELOPPEE SPECIALEMENT AU LABORATOIRE POUR LA CONNECTIQUE PAR FIBRES. CETTE STRUCTURE PRESENTE L'AVANTAGE D'ETRE INSENSIBLE A L'ETAT DE POLARISATION DE LA LUMIERE S'Y PROPAGEANT. POUR TENIR COMPTE DE LA SPECIFICITE DE CETTE NOUVELLE FILIERE TECHNOLOGIQUE, UNE APPROCHE TOTALEMENT NOUVELLE DU CIRCUIT INTERFEROMETRIQUE INTEGRE A ETE NECESSAIRE. DANS UN PREMIER TEMPS, NOUS AVONS EFFECTUE UNE ETUDE COMPLETE DES COMPOSANTS OPTIQUES DE BASE A INTEGRER DANS LE CIRCUIT, CONDUISANT A LA DEFINITION DES DIFFERENTS NIVEAUX DE MASQUES UTILISES POUR SA REALISATION TECHNOLOGIQUE. LES PROBLEMES DE CONNEXION ENTRE LE CIRCUIT OPTIQUE ET LES FIBRES D'ENTREE ET DE SORTIE SONT AUSSI ETUDIES EN DETAIL. DANS UN SECOND TEMPS, LA CARACTERISATION DES CIRCUITS REALISES NOUS A PERMIS DE DEMONTRER LEUR FAISABILITE, TOUT EN METTANT EN EVIDENCE UN CERTAIN NOMBRE DE PROBLEMES A RESOUDRE POUR AMELIORER LEURS PERFORMANCES. NOUS NOUS SOMMES TOUT PARTICULIEREMENT ATTACHES A LA STABILISATION DE LA REPONSE DU CIRCUIT, ET, A CETTE FIN, DE NOUVEAUX COMPOSANTS INTEGRES FAISANT FONCTION DE FILTRES SPATIAUX ONT ETE DEFINIS. LE PROBLEME DE RETOUR DE LUMIERE (FEEDBACK) VERS LA DIODE LASER EST AUSSI ABORDE, ET DES SOLUTIONS DE MODULES PIGTAILES DIODE-FIBRE SONT PROPOSES. NOUS PRESENTONS ENFIN, UNE VERSION AMELIOREE DU CAPTEUR
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LES CAPTEURS DE POSITION ET DE DEPLACEMENT SONT TRES FREQUENTS DANS L'INDUSTRIE. CE DOCUMENT RAPPORTE LES DEVELOPPEMENTS ET LES ESSAIS D'UN CAPTEUR A FIBRES OPTIQUES BASE SUR LA MODULATION D'INTENSITE. LE CAPTEUR DECRIT FOURNIT UNE MESURE DANS UN PLAN DE LA POSITION D'UNE CIBLE REFLECHISSANTE. LA LUMIERE D'UNE DIODE ELECTROLUMINESCENTE (DEL) EST COUPLEE A UNE FIBRE OPTIQUE MULTIMODE A SAUT D'INDICE ET L'AUTRE EXTREMITE DE CETTE FIBRE ILLUMINE UN MIROIR CIRCULAIRE. UN POURCENTAGE DE LA LUMIERE REFLECHIE PAR LE MIROIR EST RECOUPLE DANS SIX FIBRES RECEPTRICES, PLACEES EN CONTACT ET DANS LE MEME PLAN QUE LA FIBRE D'EMISSION. UN DEPLACEMENT LATERAL DU MIROIR PROVOQUE UNE MODULATION D'INTENSITE DANS LES SIX FIBRES PERIPHERIQUES, QUI EST FONCTION DES DIMENSIONS DE LA FIBRE OPTIQUE ET DU DIAMETRE DU MIROIR. UNE CONFIGURATION POSSIBLE CONSISTE EN DEUX TUBES CYLINDRIQUES ET CONCENTRIQUES. LE TUBE INTERNE CONTIENT LES SEPT FIBRES MULTIMODES. UN MIROIR CIRCULAIRE EST PLACE A L'EXTREMITE D'UN CORPS D'EPREUVE DEFORMABLE ET CONSTITUANT LE SECOND TUBE. QUAND UNE FORCE EXTERNE EST APPLIQUEE AU CORPS D'EPREUVE, LE CAPTEUR ENREGISTRE LA DEFLEXION QUI ENGENDRE UN DEPLACEMENT DU MIROIR, MESURABLE PAR LE SYSTEME DECRIT. GRACE A SA SYMETRIE, CE CAPTEUR DONNE UNE INDICATION DE LA DIRECTION DE DEPLACEMENT. PAR EXEMPLE, SI LA FORCE EXTERNE EST LE VENT, ALORS, NOUS POUVONS MESURER LA VITESSE ET LA DIRECTION DE CE VENT, GRACE AU DEPLACEMENT DE LA CIBLE. CECI CONSTITUE UN NOUVEL ANEMOMETRE-GIROUETTE INTEGRE DANS UN UNIQUE DISPOSITIF
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La demande croissante de systèmes mécaniques et mécatroniques miniatures exige la miniaturisation des composants ayant une fonction d'actionnement ou de mesure dans ces systèmes. Des capteurs miniatures, privilégiant un rapport entre la limite de résolution et l'étendue de la mesure de l'ordre de 10-5 à 10-6, s'avèrent alors des éléments incontournables. Ce mémoire présente la conception et la réalisation de deux capteurs à fibres optiques pour la mesure à haute résolution de déplacements linéaires et angulaires sur de grandes étendues utilisant un même principe. Après une étude bibliographique portant sur les capteurs optiques, une modélisation géométrique de la mesure de déplacements linéaires sur une grande étendue par l'utilisation de deux sondes et d'un réseau a été réalisée. Un premier réseau optique en alliage d'aluminium a été obtenu par Usinage Haute Précision. Puis, grâce à la micro fabrication du silicium, un second réseau a été réalisé dans le but d'améliorer les performances du capteur. Il a ainsi été permis de l'intégrer dans un système mécanique miniature avec une limite de résolution de 27,4 nm sur une étendue linéaire de 9 mm. En dupliquant ce principe, des mesures dans un plan ont été réalisées. Le deuxième capteur développé mesure des déplacements angulaires au moyen d'une sonde, contenant deux détecteurs et d'un miroir non structuré. Une modélisation a été réalisée et une bonne corrélation a été observée entre les résultats numériques et expérimentaux sur une étendue comprise entre -23,44° et +23,44° avec une limite de résolution optimale de 0,48xI0-3o. Enfin, après duplication de ce dernier principe, un inclinomètre bidimensionnel miniature a été réalisé.
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NOUS PRESENTONS L'ETUDE DES METHODES DE DEMODULATION POUR DES CAPTEURS INTERFEROMETRIQUES A GRANDES DIFFERENCE DE MARCHE UTILISANT LE CODAGE DE MODULATION SPECTRALE. DANS CES CAPTEURS, ECLAIRES PAR UNE SOURCE A SPECTRE LARGE, LE PARAMETRE A MESURER MODULE L'INTERFRANGE DU SPECTRE CANNELE DISPONIBLE A LEUR SORTIE. LA MESURE DE LA FREQUENCE DES CANNELURES RENSEIGNE ALORS SUR LA VALEUR DU PARAMETRE. NOUS ENVISAGEONS POUR EFFECTUER CETTE MESURE, DEUX METHODES DE DEMODULATION. LA PREMIERE CONSISTE A TRADUIRE LA FREQUENCE DES CANNELURES EN LA PHASE D'UNE FONCTION SINUSOIDALE OBTENUE APRES TRANSFORMATION DE FOURIER DU SPECTRE EMIS PAR LA SOURCE. CECI PEUT ETRE REALISE A L'AIDE D'UN PREMIER PRINCIPE DE DEMODULATION, OU L'INTERFEROMETRE CAPTEUR EST COUPLE, PAR L'INTERMEDIAIRE D'UNE FIBRE OPTIQUE MULTIMODE, A UN DEUXIEME INTERFEROMETRE ACCORDE SUR LE PREMIER. NOUS ENVISAGEONS DANS CE CAS, LES CONFIGURATIONS DU DEMODULATEUR QUI PERMETTENT DE METTRE EN UVRE LES METHODES DE MESURE HOMODYNES, PSEUDO-HETERODYNES ET DE GENERATION D'UNE PORTEUSE PAR MODULATION DE LA PHASE. NOUS METTONS EN EVIDENCE EGALEMENT CERTAINS EFFETS DUS A LA DISPERSION CHROMATIQUE DES ELEMENTS OPTIQUES DU SYSTEME, GRACE A LA FOIS A UNE METHODE ANALYTIQUE ET A UNE METHODE NUMERIQUE. NOUS PRESENTONS EGALEMENT DES RESULTATS EXPERIMENTAUX. LE DEUXIEME PRINCIPE DE DEMODULATION CONSISTE A ANALYSER LE SPECTRE DU FLUX DISPONIBLE APRES LA TRAVERSEE DU CAPTEUR ET DE L'INTERFEROMETRE DE RECEPTION, EN LE DISPERSANT SUR UN DETECTEUR MULTI-ELEMENTS, A L'AIDE D'UN RESEAU. LE PARAMETRE EST CALCULE ENSUITE NUMERIQUEMENT. NOUS CONCLUONS PAR UNE COMPARAISON DES METHODES DE DEMODULATION ET DE LEURS PERFORMANCES RESPECTIVES
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LE TRAVAIL DECRIT DANS CE MEMOIRE ANALYSE CERTAINES PERSPECTIVES OFFERTES PAR LES FIBRES OPTIQUES POUR LE CONTROLE DE DEFORMATIONS DE STRUCTURES. LE CONCEPT DE STRUCTURE INSTRUMENTEE EST ETUDIE, NOTAMMENT A TRAVERS LES NOTIONS DE CONDITIONNEMENT DU CAPTEUR PAR RAPPORT A LA STRUCTURE, DE TRANSFERT DES CONTRAINTES DE LA STRUCTURE AU CAPTEUR, ET DE MESURE SIMULTANEE DE PLUSIEURS PARAMETRES EXTERIEURS (CONTRAINTES, TEMPERATURE). PARALLELEMENT, LES POTENTIALITES DE DIFFERENTES METHODES INTERFEROMETRIQUES APPLIQUEES AUX CAPTEURS A FIBRES OPTIQUES SONT COMPAREES, OFFRANT UN EVENTAIL DE TECHNIQUES DISPONIBLES AUX SENSIBILITES OPTIMISEES POUR DIVERSES APPLICATIONS. POUR REPONDRE A UN REEL BESOIN DE L'INDUSTRIE AERONAUTIQUE, UN SYSTEME DE DETECTION D'IMPACTS SUR DES STRUCTURES COMPOSITES MULTICOUCHES EST PRESENTE, BASE SUR L'UTILISATION CONJOINTE DE L'INTERFEROMETRIE EN LUMIERE BLANCHE ET DE FIBRES OPTIQUES BIREGRIGENTES POUR LA MESURE DE CONTRAINTES RESIDUELLES INDUITES APRES IMPACT. LA REALISATION D'UN IMPACT SUR UNE STRUCTURE COMPOSITE PRODUIT UN COUPLAGE D'ENERGIE ENTRE LES MODES PROPRES DE POLARISATION DE LA FIBRE OPTIQUE INSEREE DANS LA STRUCTURE. LA LOCALISATION ET L'INTENSITE DU COUPLAGE SONT MESUREES A L'AIDE D'UN INTERFEROMETRE DE LECTURE PLACE EN SERIE. UNE ETUDE THEORIQUE ET EXPERIMENTALE DU PHENOMENE DE TRANSDUCTION PERMET D'APPREHENDER LES LIMITATIONS DU SYSTEME, DE COMPARER LES PERFORMANCES DE PLUSIEURS FIBRES BIREFRIGENTES ET D'ORIENTER LE CHOIX DE FIBRE OPTIQUE VERS LA FIBRE FASE (FIBRE A STRUCTURES EVIDEES). LES PERFORMANCES EXPERIMENTALES OBTENUES POUR LA DETECTION D'IMPACTS SUR PLUSIEURS STRUCTURES INSTRUMENTEES CONFIRMENT LES POTENTIALITES DE CE TYPE DE CAPTEUR POUR LA DETECTION D'ENDOMMAGEMENTS INDUITS SUR DES STRUCTURES COMPOSITES PAR L'OCCURENCE D'IMPACTS. UN DEUXIEME SYSTEME CAPTEUR, APPLIQUE A LA MESURE DE DEFORMATIONS LONGITUDINALES DE STRUCTURES LINEAIRES DU GENIE CIVIL (BARRES D'ANCRAGE ET CABLES DE SUSPENSION), EST PROPOSE A PARTIR DE LA METHODE DE MODULATION DE SOUS-PORTEUSE OPTIQUE. L'ELONGATION D'UNE STRUCTURE INSTRUMENTEE PAR UNE FIBRE MONOMODE PROTEGEE PAR UN REVETEMENT COMPOSITE ROBUSTE EST CONTROLEE A PARTIR DE LA MESURE DU DEPHASAGE D'UN SIGNAL MICRO-ONDE DE MODULATION DE L'ONDE OPTIQUE GUIDEE PAR LA FIBRE OPTIQUE. LA FREQUENCE DE MODULATION (ICI 1 GHZ) EST CHOISIE EN FONCTION DE LA RESOLUTION ET DE L'ETENDUE DE MESURE SOUHAITEES. LA PROTECTION COMPOSITE DE LA FIBRE OPTIQUE, OBTENUE PAR PULTRUSION, FACILITE LA MANIPULATION DU CAPTEUR ET PERMET SON UTILISATION EN MILIEU SEVERE, TOUT EN N'ALTERANT PAS LA SENSIBILITE DE LA FIBRE OPTIQUE A UNE ELONGATION. L'INFLUENCE DES VARIATIONS DE TEMPERATURE EST MINIMISEE PAR L'EMPLOI D'UNE DEUXIEME FIBRE OPTIQUE LAISSEE LIBRE DANS LA PROTECTION COMPOSITE. UN SYSTEME COMPACT DE MESURE (RACK 19'') EST EVALUE DANS UN ENVIRONNEMENT DE LABORATOIRE AINSI QUE SUR SITE INDUSTRIEL OU LE CAPTEUR INSTRUMENTE DES CABLES SOUMIS A DES CONTRAINTES REPRESENTATIVES DE LEURS CONDITIONS NORMALES D'UTILISATION. LES RESULTATS EXPERIMENTAUX DEMONTRENT L'INTERET DE LA PROTECTION COMPOSITE ET DE LA METHODE DE MESURE POUR PLUSIEURS APPLICATIONS DU GENIE CIVIL
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DANS CE MEMOIRE, NOUS PRESENTONS UN CAPTEUR EXTRINSEQUE DE VIBRATIONS A FIBRES OPTIQUES DESTINE A ETRE INSTALLE DANS LES CENTRALES HYDROELECTRIQUES POUR PREDIRE L'ETAT D'USURE DE DIVERS ELEMENTS MECANIQUES SUR LES MACHINES TOURNANTES. UNE ANALYSE CRITIQUE DES DIFFERENTES MODULATIONS EMPLOYEES CONDUIT AU CHOIX D'UN CAPTEUR UTILISANT LA MODULATION DE PHASE DU FAIT DE LA GRANDE SENSIBILITE DE MESURE PERMISE. LA TETE DU CAPTEUR PROPOSE COMPREND UN MONTAGE DE TYPE INTERFEROMETRIQUE ORIGINAL DESTINE A PERMETTRE LA MESURE SANS CONTACT DE DEPLACEMENT D'UNE MASSE SISMIQUE SOUMISE A UNE ACCELERATION. UN RESEAU DE DIFFRACTION SOLIDAIRE DE LA MASSE SISMIQUE EST ECLAIRE PAR UN SYSTEME DE FRANGES D'INTERFERENCES PRIMAIRE. SES DEPLACEMENTS PROVOQUENT LE DEFILEMENT DE FRANGES SECONDAIRES DONT LE COMPTAGE FOURNIT L'INFORMATION SUR LA VALEUR ET LA FREQUENCE DE L'ACCELERATION. LA THEORIE RELATIVE A LA MESURE DU DEPLACEMENT PAR PROCEDE INTERFEROMETRIQUE EST PRESENTEE AINSI QUE L'APPLICATION DE CE PRINCIPE A LA MESURE DE VIBRATIONS. LES DISPOSITIFS OPTIQUES, MECANIQUES ET ELECTRONIQUES CONSTITUANT LE CAPTEUR SONT DECRITS ET CARACTERISES EN DETAIL. EN PARTICULIER, L'EMPLOI DE RESEAUX DE DIFFRACTION NON STANDARDS NOUS AMENE A L'ELABORATION D'UN BANC DE FABRICATION PAR HOLOGRAPHIE ET A LA CARACTERISATION DES RESEAUX. PREALABLEMENT A LA MISE EN BOITIER DE LA TETE DU CAPTEUR, LA FREQUENCE PROPRE ET LE COEFFICIENT D'AMORTISSEMENT DU SYSTEME MECANIQUE ETUDIE SONT DETERMINES. LES RESULTATS EXPERIMENTAUX DEMONTRENT QUE LE CAPTEUR FONCTIONNE PARFAITEMENT POUR DES FREQUENCES DE VIBRATIONS AUSSI BASSES QUE 0,2 HZ, LA GAMME DE FREQUENCES MESURABLE ALLANT JUSQU'A 70 HZ. LA LIMITE BASSE EN ACCELERATION DE NOTRE CAPTEUR EST DE 0,03 M/S#2RMS, LA GAMME D'ACCELERATIONS DETECTABLE S'ETENDANT JUSQU'A 10 M/S#2 RMS. FINALEMENT, LE CAPTEUR DEVELOPPE EST COMPACT ET FACILE A METTRE EN UVRE.
Author: Emmanuel Bois
Author: Emmanuel Bois
Author: Vincent Trudel (Auteur de Capteurs de déplacement à fibre optique à modulation d'intensité basée sur la présence de désalignements entre fibres monomodes)
Author: 
Author: Danping Wang
Author: Catherine Erbeia
Author: Pascal Boulee
Author: 
Author: Hugues Giovannini
Author: BERTRAND.. NOHARET
Author: Franck Vallet