La Détection par Capteur à Sondes Optiques en Milieu Chaud
Proposer un ensemble comprenant un capteur complété par une sonde optique s’avère une réponse appropriée lorsque l’environnement de mesure est contraignant.
Outre l’intérêt de maintenir l’électronique à proximité du système d’acquisition pour garder un signal entrant de bonne qualité et peu déphasé, cette solution évite une exposition prolongée du capteur aux contraintes telles que la température, l’humidité, les perturbations électromagnétiques et une atmosphère explosive.
Seule la sonde à fibres optiques peut résister aux environnements extrêmes. Immune vis-à-vis des ondes électromagnétiques et non dangereuse en zone ATEX, le travail de conception consiste généralement à la protéger contre les effets de la température, qui parfois peuvent être couplés à une fatigue vibratoire.
Avant de présenter les solutions que propose OPTEL-TEXYS pour que ses sondes puissent être utilisées à des températures élevées, il est bon de rappeler que la fibre optique dont elles sont constituées possède une mémoire du stress. Ainsi, à la suite de multiples expositions au stress mécanique et thermique, la fibre optique perd sa capacité à transmettre la lumière.
Les sondes optiques ont donc une durée de vie dont les limites sont en lien avec leur environnement et pour certains cas d’application, il est nécessaire de prévoir un remplacement pour continuer à réaliser une détection.
Les sondes OPTEL-TEXYS standards fonctionnent dans les gammes de températures suivantes :
- Durée de vie longue : –5°C à +80°C. Certains clients utilisent des sondes depuis plus de 10 ans.
- Durée de vie limitée : -50°C à +120°C
- Entre +120°C et +200°C, des solutions de protection sont proposées pour couvrir la partie de la sonde exposée. La durée de vie reste néanmoins limitée.
Sonde Haute Température : MULTI TBYO HT
Dans ces cas de figure, repousser les limites d’utilisation des sondes de conception OPTEL-TEXYS en milieu chaud présente l’avantage de garder :
- Le même interfaçage avec les capteurs de la série 152
- Une capacité à conformer les sondes pour des conceptions spécifiques et notamment des rayons de courbure réduits.
Pour des applications particulières à très hautes températures avec des durées de vie augmentées, nos récents travaux de R&D nous ont amené à considérer des conceptions de sondes adaptées aux températures dépassant les +200°C.
La 1ère étape concerne l’étude et la conception d’un prototype de sonde à fibre optique répondant au cahier des charges suivant :
- Se connecter aux capteurs 152 via des rivets adaptés
- Transmettre sans perte les signaux d’émission et de réception dans l’IR et le proche IR
- Être équipée d’un embout fileté standard en HM6.
Elle a mené à la fabrication de la sonde prototype ci-dessous:
Après une série de tests à température ambiante, nous avons pu noter :
- Un interfaçage correct avec les capteurs de la série 152
- La possibilité de détecter sur des pièces métalliques avec un pas de détection équivalent à nos sondes « SLIT YO »
- La nécessité de travailler avec un certain nombre de fibres optiques dans la composition des bundles afin d’optimiser la distance de détection.
Nos tests se poursuivent afin d’évaluer la durée de vie de la sonde sur une exposition de longue durée à +200°C, la protection de ce prototype ayant été choisie dans un premier temps pour cette température maximum.
Dans un second temps, nous avons identifié des produits existants chez nos clients. L’objectif est d’interfacer des sondes « hautes températures » afin que nos clients bénéficient des performances des capteurs 152.
Les sondes présentées ci-après sont conçues pour tenir jusqu’à +500°C. Nous les avons uniquement testées du point de vue interfaçage mécanique et transmission optique.
Ces sondes sont équipées d’une connectique ST comme présentée sur la photo ci-dessous:
Nous avons conçu un adaptateur pour réaliser la liaison entre les connectiques ST et nos capteurs. Celui-ci possède ces connecteurs d’un côté et des rivets habituellement utilisés sur nos sondes optiques de l’autre.
Les tests de faisabilité avec les capteurs 152 G7 et 152 M n’ont pas été concluants.
Il est apparu nécessaire d’injecter plus de puissance lumineuse dans la sonde pour contrecarrer la faible surface de couplage optique.
A l’aide d’une source Laser externe de 1mW connectée au canal d’émission de la sonde, nous avons pu obtenir des détections satisfaisantes.
Ces essais montrent donc qu’il est possible de bénéficier des performances de notre électronique en utilisant des sondes optiques hautes températures qui n’étaient pas initialement prévues pour fonctionner ensemble.
Pour conclure, nous avons constaté que s’il était possible d’utiliser des sondes « clients », il était primordial de prendre en compte les contraintes d’interfaçage afin de générer et de transmettre des niveaux de lumière suffisamment élevés et ainsi assurer une détection correcte.
Pour le premier cas, le bundle de fibres doit être conçu pour obtenir une surface de couplage élevée. Dans le second exemple, la solution vient de la mise en œuvre d’une source externe au capteur.
Chaque cas de figure étant unique, nos équipes de R&D sont prêtes à étudier et vous proposer la solution adaptée pour vous permettre d’utiliser les capteurs OPTEL-TEXYS.