Capteur distribué à fibre optique pour la mesure de vibrations basée sur la rétrodiffusion cohérente
Langue Anglais
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Modalités de diffusion de la thèse :
  • Thèse confidentielle jusqu'au 31/05/2023.
  • Thèse soumise à l'embargo de l'auteur : embargo illimité (communication intranet).
 
Auteur : Morsali, Alireza
Date de soutenance : 25-05-2021

Directeur(s) de thèse : Pfeiffer, Pierre - Lecler, Sylvain

Président : Lienhart, Werner
Rapporteur(s) : Wuilpart, Marc - Geernaert, Thomas
Membre(s) du jury : Pelletier, Patrice

Établissement de soutenance : Strasbourg
Laboratoire : Laboratoire des sciences de l'ingénieur, de l'informatique et de l'imagerie (Strasbourg ; 2013-....)
École doctorale : École doctorale Mathématiques, sciences de l'information et de l'ingénieur (Strasbourg ; 1997-....)
 
Discipline : Électronique, microélectronique, photonique
Classification : Sciences de l'ingénieur

Mots-clés libres : 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
Mots-clés :
  • Optique des fibres
  • Spectroscopie de réflectance
  • Optique des fibres
  • Ondes sonores
  • Rétrodiffusion
Résumé : 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.
 
Type de contenu : Text
Format : PDF
 
Entrepôt d'origine : STAR : dépôt national des thèses électroniques françaises
Identifiant : 2021STRAD036
Type de ressource : Thèse