Etude d'un système de surveillance de structures bas coût par fibres optiques, reposant sur l'effet Brillouin et analyse des paramètres influents par méthode statistique

par Miyassa Salhi

Projet de thèse en Electronique, Optronique et Systèmes

Sous la direction de Anne-Laure Billabert.

Thèses en préparation à Paris Est , dans le cadre de MSTIC : Mathématiques et Sciences et Technologies de l'Information et de la Communication , en partenariat avec ESYCOM - Electroniques, Systèmes de Communication et Microsystèmes (laboratoire) depuis le 01-10-2016 .


  • Résumé

    L'utilisation de capteurs distribués à fibres optiques délivrant une information en chaque point de la fibre constitue un outil majeur des stratégies de surveillance de structures à grande échelle en génie civil. Le phénomène de diffusion Brillouin spontanée (ou stimulée), dans le domaine des capteurs à fibres optiques, fait l'objet d'une forte investigation scientifique depuis les années 1990. Les solutions industrielles proposées reposent sur l'analyse spectrale de l'onde de Stokes rétrodiffusée tout le long de la fibre. Ainsi, un dispositif B-OTDR (Brillouin Optical Time-Domain Reflectometer) peut réaliser une mesure du décalage de la fréquence Brillouin (de l'ordre de 11GHz autour de 1.55μm) avec une résolution spatiale métrique et une sensibilité des mesures de déformation et de température respectivement de l'ordre de 10μm/m et 0.5°C, mais pour un coût élevé (de l'ordre de 100k€) ce qui limite leur utilisation. Les différents travaux antérieurs et actuels réalisés par I'Ifsttar et les compétences en modélisation électrique des composants optiques et optoélectroniques au sein de l'Esycom permettront d'étudier un système bas coût à hautes performances. Ce système repose sur l'utilisation d'une diode laser bi-mode à la longueur d'onde de 1,55 μm. Des études d'optimisation sur les paramètres de ce laser seront menées afin d'analyser les performances du système. D'autre part, une méthode de post-traitement sur les spectres rétro-diffusés sera développée afin d'améliorer la résolution spatiale, le long de la fibre optique, liée aux effets de bruit du système.

  • Titre traduit

    Study of a low cost structural monitoring system by optical fiber , based on the Brillouin effect and analysis of influential parameters by statistical method


  • Résumé

    The use of distributed sensors fiber optic delivering information in each point of the fiber is an important tool for large-scale structures surveillance strategies in civil engineering. The spontaneous Brillouin scattering phenomenon (or stimulated) in the field of sensors optical fiber is subject to strong scientific inquiry since the 1990s. The proposed industrial solutions are based on the spectral analysis of the Stokes wavelength backscattered along the length of the fiber. Thus, a B-OTDR device (Brillouin Optical Time-Domain Reflectometer) can perform a measurement of the shift of the Brillouin frequency (of the order of 11GHz around 1.55μm) with a metric spatial resolution and sensitivity of the strain measurements and temperature respectively of about 10 μm/m and 0.5 °C, but at a high cost (about 100k€) which limits their use. The various past and current work by I'Ifsttar and skills in electrical modeling of optical and optoelectronic components within the ESYCOM will study a low cost high performance system. This system relies on the use of a dual-mode laser diode to the wavelength of 1.55 .mu.m. Optimization studies on the parameters of this laser will be conducted to analyze system performance. On the other hand, a post-processing method on the backscattered spectra will be developed to improve the spatial resolution along the optical fiber, related to system noise effects.