Capteurs à fibres optiques pour la mesure à haute résolution de déplacements linéaires et angulaires sur une grande étendue : application aux systèmes mécaniques de dimensions réduites

par Ali Khiat

Thèse de doctorat en Mécanique avancée

Sous la direction de Frédéric Lamarque.

Soutenue en 2007

à Compiègne .


  • Résumé

    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.

  • Titre traduit

    Fiber optic sensors for high resolution measurement of linear and angular displacements on a great range : application to the mechanical systems with reduced size


  • Résumé

    The request increasing of miniature mechanical and mechatronics systems requires the miniaturization of the components to have a function of actuation or ability to measure to these systems. Miniature sensors, privileging a ratio between the limit of resolution and the range of measurement of about a 10-5 to 10-6, are then elements impossible to circumvent. This Ph. D. Presents the design and the realization of two optical fibers sens ors for measurement with high resolution in two dimensions of linear and angular displacements on great range using the same principle. After a bibliographical study relating to the optical sensors, a geometrical modelling of the measure of linear displacements on a great range by the use of two probes and a grating was carried out. First, an optical grating in aluminium alloy was obtained by High Precision Machining. Then, thanks to the micro fabrication of silicon, a second grating was carried out with the aim of improving the sensor performances. It was thus allowed to be integrated in a miniature mechanical system with a limit of resolution of 27. 4 nm on a linear range of about 9 mm. By duplicating this principle, the measurements on a plane were carried out. The second sens or developed measures the angular displacements by means of a probe, containing two detectors and a mirror not structured. A model was made and a good correlation was observed between the numerical and experimental results on a range between -23. 44° and +23. 44° with an optimal limit of resolution of 0. 48 x 10-30. Lastly, after duplication of this last principle, a miniature two-dimensional inclinometer was carried out.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (218 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. 80 réf.

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  • Bibliothèque : Université de Technologie de Compiègne. Service Commun de la Documentation.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2007 KHI 1720
  • Bibliothèque : Université de Montpellier. Bibliothèque du LMGC.
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : TH-KHI-2007
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