Développement d'algorithme temps réel pour capteur optique de vélocimétrie : application à la mesure de vitesse dans des micro-canaux fluidiques

par Bendy Tanios

Thèse de doctorat en Photonique et systèmes optoélectroniques

Sous la direction de Thierry Bosch et de Francis Bony.

Soutenue en 2014

à Toulouse 3 .


  • Résumé

    Le besoin en mesure de vitesse sans contact est grandissant que ça soit pour des applications industrielles, pharmaceutiques ou biomédicales. Les techniques optiques de mesure présentent une haute résolution spatiale en comparaison aux techniques par microondes et ultrasons. Mais elles sont très souvent de cout élevé. La technique d'interférométrie à rétro-injection optique permet de concevoir des capteurs laser à faible coût, auto-alignés et de bonne précision. Cette technique repose sur le fait qu'une partie de la lumière réfléchie par une cible en mouvement illuminée par une diode laser rentre dans la cavité du laser et interfère avec le champ existant à l'intérieur de la cavité. Cette interférence induit des variations de la puissance optique de sortie de la diode laser dû notamment à l'effet Doppler. Par mesure de la fréquence Doppler de la puissance optique, la vitesse de la cible peut être déterminée. L'objectif de cette thèse est de développer des dispositifs adaptés à ce type de mesure et opérant en temps réel. A cette fin, nous avons étudié tout d'abord les configurations optiques du dispositif de mesure et nous avons démontré qu'une architecture à double-tête laser permet d'augmenter la robustesse et la précision du capteur. L'architecture optimale d'un tel dispositif a été déterminée. Ensuite, nous avons étudié les principales techniques de traitement du signal opérant en temps réel. Basée sur le comptage numérique de fréquence, une technique simple mais démontrée convenable en temps réel a été proposée pour la mesure de vitesse. Cette technique se caractérise par son faible coût en ressources et sa bande passante élevée permettant d'étendre la gamme de vitesses mesurables. Nous avons enfin appliqué le dispositif développé à la mesure de vitesse dans des micro-canaux fluidiques.

  • Titre traduit

    Development of real-time algorithm for optical sensor velocimetry : application to velocity measurement in micro-fluidic channels


  • Résumé

    The demand for non contact velocity measurement is growing either for industrial or pharmaceutical and biomedical applications. The optical measuring techniques give high spatial resolution as compared to ultrasound and microwave techniques. But they are often expensive. The optical feedback interferometry technique allows to design low cost (due to its minimal optical part-count), self-aligned and accurate sensors. This technique relies on the fact that a part of the light reflected by a moving target illuminated by a laser diode enters the laser cavity and interferes with the field existing within the cavity. This interference induces laser diode optical output power variations due mainly to the Doppler effect. By measuring the Doppler frequency of the optical power signal, the velocity of the target can be determined. The objective of this thesis is to develop a device suitable for this type of measurement and operating in real time. To this end, we studied firstly the measuring device optical configurations and demonstrated that a double-head laser architecture increases the robustness and accuracy of the sensor. The optimal architecture of such a device was determined. Secondly, we studied the main signal processing techniques operating in real time. Based on digital frequency counting, a simple technique but real time proved was proposed for velocimetry. This technique is characterized by its low cost in resources and its high bandwidth that permits to extend the range of measurable velocities. Finally, we applied the developed device for velocimetry in micro-fluidic channels.

Autre version

Cette thèse a donné lieu à une publication en 2014 par [CCSD] [diffusion/distribution] à Villeurbanne

Développement d'algorithme temps réel pour capteur optique de vélocimétrie : application à la mesure de vitesse dans des micro-canaux fluidiques

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe sous forme papier

Informations

  • Détails : 1 vol. (209 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 199-207

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Paul Sabatier. Bibliothèque universitaire de sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2014 TOU3 0107
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.