Note ABES Capteur distribué à fibre optique pour la mesure de vibrations basée sur la rétrodiffusion cohérente Distributed fiber-optic sensor for vibration measurement based on coherent backscattering OTDR Réflectométrie optique temporelle PCB Circuit imprimé PID Dérivée proportionnelle intégrée PMF Fibre à maintien de polarisation Réflectométrie optique temporelle à polarisation Fréquence de répétition des impulsions OTDR Optical Time Domain Reflectometry Proportional Integrated Derivative Printed Circuit Board PID Polarization Maintaining PMF Polarization Optical Time Domain Power Spectral Density State of Polarization 621.365 Optique des fibres Spectroscopie de réflectance Optique des fibres Ondes sonores Rétrodiffusion Dans ce programme de recherche, les conditions permettant la détection de vibrations à basse fréquence sur de longues distances de fibres optiques (jusqu’à 50 km) pour la surveillance de la santé structurelle sont étudiées. La modélisation de l’impact du taux d’extinction du modulateur d’impulsions permet de définir la portée maximale de l’interrogateur et la largeur d’impulsion requise. Pour 40 km de fibre optique, un ER de 55 dB et une largeur d’impulsion de 200 ns (équivalent à 20 m de résolution) sont nécessaires. Le modèle montre que de plus grandes distances sont possibles avec une plus grande largeur d’impulsion mais au détriment de la résolution spatiale. Le système de mesure est passé d’une version avec détection directe de l’amplitude à de la détection hétérodyne de la phase. La performance du système en mettant en oeuvre la détection d’enveloppe hétérodyne et la démodulation I/Q numérique est démontrée sur des distances supérieures à 30 km. Une méthode interférométrique permettant d’augmenter la sensibilité et la résolution spatiale en des points prédéterminés de la fibre a été démontrée à 50 km. Finalement, une bobine de fibre en spirale, qui permet d’augmenter localement la sensibilité et de sonder une zone d’espace de dimension inférieur à la largeur d’une impulsion, a été développée. Elle a été collée sur une barre métallique en acier de 3 m équipée de réseaux de Bragg en fibre et de capteurs de mesure de déplacement par triangulation optique. En conséquence, une résolution de 34 cm avec 75 ns (au lieu de la résolution conventionnelle de 7,5 m d’impulsion) est obtenue mesurant une vibration de 50 μm crête à crête d’amplitude et de fréquence 0,3 Hz sur la barre à une distance de 12 km. Une vibration aussi faible équivaut à 1,5 με. Le SNR du signal rétrodiffusé est suffisamment élevé pour détecter une contrainte sous-με dans la fibre à cette distance. In this research program, the conditions enabling low-frequency vibration sensing with fiber-optics over long distances (up to 50 km) for structural health monitoring are studied. Modeling the impact of the extinction ratio of the pulse modulator allows defining the maximum range of fiber and the required pulse width. For 40 km of optical fiber, an ER of 55 dB and a pulse width of 200 ns (equivalent to 20 m of resolution) is necessary. The model shows the longer distances are possible at the expense of a larger pulse width through a lower resolution. The measurement system is evolved from direct amplitude detection to heterodyne phase detection. The performance of the system by implementing heterodyne envelope detection and digital I/Q demodulation is demonstrated over a distance larger than 30 km. A method to enhance the sensitivity and spatial resolution at pre-located fiber points has been demonstrated at 50 km using interferometric crosstalk. Ultimately, Spiral Fiber Coil allows locally to enhance the sensitivity along spatial length shorter than the one given by the pulse width. The spiral fiber coil has been glued on a 3 m steel metal bar equipped with Fiber Bragg Gratings and optical triangulation displacement measurement sensors. Consequently, a resolution of 34 cm with 75 ns (rather than pulse 7.5 m conventional resolution) is obtained by measuring a 50 μm peak to peak amplitude and 0.3 Hz frequency vibration on the bar at > 12 km. Such a slight vibration is equivalent to 1.5 με. The SNR of the backscattered signal is high enough to detect sub-με strain in the fiber at this distance. Electronic Thesis or Dissertation Text en PDF 37925367 Université de Strasbourg Strasbourg 2022-12-31 application/pdf https://publication-theses.unistra.fr/restreint/theses_doctorat/2021/MORSALI_Alireza_2021_ED269.pdf Morsali Alireza 1989-07-18 FR 264780477 0GK2EQ001H1 21719394 4200020 https://theses.fr/2021STRAD036 2021STRAD036 https://doi.org/10.70675/ff292284z9661z46b9z9859z3cbaf1a953aa 2021-05-25 Électronique, microélectronique, photonique Strasbourg 131056549 Doctorat Docteur es non oui Pfeiffer Pierre MADS_DIRECTEUR_DE_THESE_1 078441773 Lecler Sylvain MADS_DIRECTEUR_DE_THESE_2 146824288 Lienhart Werner MADS_PRESIDENT_DU_JURY 264788567 Pelletier Patrice MADS_MEMBRE_DU_JURY_1 033109494 Wuilpart Marc MADS_RAPPORTEUR_1 181454785 Geernaert Thomas MADS_RAPPORTEUR_2 26478880X École doctorale Mathématiques, sciences de l'information et de l'ingénieur (Strasbourg ; 1997-....) MADS_ECOLE_DOCTORALE_1 269 156504863 Laboratoire des sciences de l'ingénieur, de l'informatique et de l'imagerie (Strasbourg ; 2013-....) MADS_PARTENAIRE_DE_RECHERCHE_1 260728 176969721 ddc:620 Pfeiffer Pierre Lecler Sylvain Lienhart Werner Pelletier Patrice Wuilpart Marc Geernaert Thomas École doctorale Mathématiques, sciences de l'information et de l'ingénieur (Strasbourg ; 1997-....) Laboratoire des sciences de l'ingénieur, de l'informatique et de l'imagerie (Strasbourg) PDF 37925367 confidentialité 2021-05-25 2023-05-31 confidentialité 2021-05-25 2023-05-31 confidentialité 2021-05-25 2023-05-31