Automatisation d'un système d'inscription de réseaux de Bragg et développement de capteurs à fibre optique multicoeur PDF Download
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Book Description
Au fil des années, les performances des capteurs à fibre optique ont largement dépassé celles des capteurs électriques traditionnels, et ce principalement grâce à la technologie des réseaux de Bragg à fibre optique (FBG). Ils sont d'ailleurs utilisés dans de nombreux domaines notamment l'aérospatial, la robotique et le médical. En considérant l'énorme demande pour les capteurs quasi-distribués à fibre optique, il est évident que la productivité de fabrication de ces composants photoniques devra être augmentée. Malheureusement, les techniques d'inscription de FBGs présentement utilisées par l'industrie basées sur l'utilisation d'un laser ultraviolet sont coûteuses et peu productives. Or, la technique utilisée dans les laboratoires du COPL depuis quelques années est beaucoup plus robuste : l'utilisation d'un laser femtoseconde à 800 nm permet d'inscrire des FBGs au travers du revêtement de la fibre sans l'endommager. Dans le but d'augmenter la productivité de fabrication des capteurs quasi-distribués, d'en réduire le coût de fabrication et d'en augmenter la fiabilité, un montage d'inscription de FBGs automatisé utilisant cette technique a été développé dans le cadre de cette maîtrise. Celui-ci a permis non seulement de développer des capteurs dans des fibres à simple cœur, mais aussi dans des fibres multicœurs. Ce type de capteurs, contrairement à sa version plus simple, permet de mesurer l'amplitude des contraintes appliquées au capteur, mais également leur direction. Le montage d'inscription est composé de plusieurs systèmes, soit un système d'inscription, de déroulement de la fibre, de rotation, d'imagerie et de marquage. Les nombreux ajouts et améliorations qui leur ont été faits au cours du projet ont permis d'optimiser le montage pour l'inscription automatisée de capteurs à fibre optique multicœur. Ainsi, la fiabilité des capteurs a pu être améliorée et leur temps d'inscription a pu être diminué de 2.4 fois.
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Au fil des années, les performances des capteurs à fibre optique ont largement dépassé celles des capteurs électriques traditionnels, et ce principalement grâce à la technologie des réseaux de Bragg à fibre optique (FBG). Ils sont d'ailleurs utilisés dans de nombreux domaines notamment l'aérospatial, la robotique et le médical. En considérant l'énorme demande pour les capteurs quasi-distribués à fibre optique, il est évident que la productivité de fabrication de ces composants photoniques devra être augmentée. Malheureusement, les techniques d'inscription de FBGs présentement utilisées par l'industrie basées sur l'utilisation d'un laser ultraviolet sont coûteuses et peu productives. Or, la technique utilisée dans les laboratoires du COPL depuis quelques années est beaucoup plus robuste : l'utilisation d'un laser femtoseconde à 800 nm permet d'inscrire des FBGs au travers du revêtement de la fibre sans l'endommager. Dans le but d'augmenter la productivité de fabrication des capteurs quasi-distribués, d'en réduire le coût de fabrication et d'en augmenter la fiabilité, un montage d'inscription de FBGs automatisé utilisant cette technique a été développé dans le cadre de cette maîtrise. Celui-ci a permis non seulement de développer des capteurs dans des fibres à simple cœur, mais aussi dans des fibres multicœurs. Ce type de capteurs, contrairement à sa version plus simple, permet de mesurer l'amplitude des contraintes appliquées au capteur, mais également leur direction. Le montage d'inscription est composé de plusieurs systèmes, soit un système d'inscription, de déroulement de la fibre, de rotation, d'imagerie et de marquage. Les nombreux ajouts et améliorations qui leur ont été faits au cours du projet ont permis d'optimiser le montage pour l'inscription automatisée de capteurs à fibre optique multicœur. Ainsi, la fiabilité des capteurs a pu être améliorée et leur temps d'inscription a pu être diminué de 2.4 fois.
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CETTE THESE PORTE SUR UN SYSTEME DE CAPTEURS DISTRIBUES EN RESEAU SUR UNE FIBRE OPTIQUE INTERROGEABLE A DISTANCE PAR LA TECHNIQUE DE LA MODULATION DE COHERENCE. NOUS METTONS EN UVRE TROIS DIFFERENTS TYPES DE CAPTEURS ADAPTES A CETTE TECHNIQUE DE CODAGE. IL S'AGIT D'UN CAPTEUR DE TENSION ELECTRIQUE, INTEGRE SUR NIOBATE DE LITHIUM, D'UN CAPTEUR DE GAZ, INTEGRE SUR VERRE ET D'UN CAPTEUR D'ACCELERATION, MICRO-USINE DANS DU SILICIUM. UNE METHODE DE TRAITEMENT DE SIGNAL EST EGALEMENT MISE EN UVRE PERMETTANT DE LIRE LES SIGNAUX DES CAPTEURS DE FACON LINEAIRE ET NON-AMBIGUE. CHACUN DES DISPOSITIFS OPTIQUES INTRODUIT UN RETARD STATIQUE SUPERIEUR A LA LONGUEUR DE COHERENCE DU RAYONNEMENT OPTIQUE ET LE SIGNAL PRODUIT PAR LE CAPTEUR APPARAIT COMME UNE VARIATION DE CE RETARD. UN INTERFEROMETRE DE DECODAGE A RETARD ADAPTE TRANSFORME CETTE VARIATION EN UNE VARIATION D'INTENSITE OPTIQUE A LA SORTIE DU SYSTEME. L'INTERFEROMETRE DE LECTURE INTEGRE DANS LA CENTRALE DE DEMODULATION ETANT ELOIGNE DU SITE DE MESURE, UN TRAITEMENT OPTO-ELECTRONIQUE DU SIGNAL EST POSSIBLE, SANS RACCORDEMENT ELECTRIQUE AVEC LE SITE DE MESURE. EN UTILISANT DEUX INTERFEROMETRES CAPTEURS AVEC DES RETARDS OPTIQUES TRES DIFFERENTS, ON PEUT MULTIPLEXER LES SIGNAUX DE DEUX CAPTEURS SUR UNE MEME FIBRE, ET LES DEMULTIPLEXER A L'AIDE DE DEUX INTERFEROMETRES ADAPTES. CETTE THESE ABORDE LES ASPECTS DE REALISATION TECHNOLOGIQUE DES DISPOSITIFS ET DISCUTE LES ASPECTS THEORIQUES NECESSAIRES POUR LA CONCEPTION DES COMPOSANTS ET LA MISE EN UVRE DU SYSTEME D'INTERROGATION. DANS LE PREMIER CHAPITRE, NOUS DISCUTONS L'ETAT DE L'ART DES CAPTEURS INTERFEROMETRIQUES A FIBRE OPTIQUE. DANS LE DEUXIEME CHAPITRE, ON TRAITE LES ASPECTS THEORIQUES DES MODULATEURS DE COHERENCE SUR NIOBATE DE LITHIUM REALISES DANS CE TRAVAIL. LA FABRICATION DE CES COMPOSANTS ET CELLE DES AUTRES MICRO-CAPTEURS UTILISES DANS CETTE THESE SONT DECRITS DANS LE CHAPITRE 3. LES ASPECTS DE CONNECTORISATION AVEC LES FIBRES OPTIQUES SONT ABORDES DANS LE CHAPITRE 4. ENFIN, LES DIFFERENTES ARCHITECTURES D'INTERROGATION DES CAPTEURS FONT L'OBJET DU DERNIER CHAPITRE.
Author: Guillaume Bilodeau
Author: Guillaume Bilodeau
Author: WILHELM.. ELFLEIN