Détection, localisation et quantification de déplacements par capteurs à fibre optique

Detection, localization and quantification of displacements thanks to optical fiber sensors

• Auteur / Autrice : Edouard Buchoud
• Direction : Jérôme Mars, Valeriu Vrabie
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la terre et de l'univers, et de l'environnement
• Date : Soutenance le 13/10/2014
• Etablissement(s) : Grenoble
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la terre, de l’environnement et des planètes (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Grenoble Images parole signal automatique (2007-....)
• Jury : Président / Présidente : Frédéric Dufour
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jérôme Mars, Valeriu Vrabie, Sylvain Blairon, Jean-Robert Courivaud, Salah Bourennane
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Philippe Ravier, Jean-Jacques Fry

Mots clés

Mots clés contrôlés

Traitement du signal

Mots clés libres

Suivi de l’état des structures

Capteur à fibre optique

Diffusion Brillouin

Séparation de sources

Factorisation en matrices non négatives

Problème inverse

Filtrage adaptatif

Structural Health Monitoring

Optical fiber sensor

Brillouin backscattering

Non negative matrix factorization,

Inverse problem

Adaptative filter

Résumé

Pour l’auscultation d’ouvrages, les capteurs à fibre optique sont généralement utilisés puisqu’ils présentent l’avantage de fournir des mesures réparties. Plus particulièrement, le capteur basé sur la technologie Brillouin permet d’acquérir un profil de fréquence Brillouin, sensible à la température et la déformation dans une fibre optique sur une dizaine de kilomètres avec un pas de l’ordre de la dizaine de centimètres. La première problématique est d’obtenir un profil centimétrique sur la même longueur d’auscultation. Nous y répondons en s’appuyant sur des méthodes de séparation de sources, de déconvolution et de résolution de problèmes inverses. Ensuite, nous souhaitons estimer la déformation athermique dans l’ouvrage. Pour cela, plusieurs algorithmes de filtrage adaptatif sont comparés. Finalement, un procédé pour quantifier le déplacement de l’ouvrage à partir des mesures de déformation est proposé. Toutes ces méthodes sont testés sur des données simulées et réelles acquises dans des conditions contrôlées.

For structural health monitoring, optical fiber sensors are mostly used thanks their capacity to provide distributed measurements. Based on the principle of Brillouin scattering, optical fiber sensors measure Brillouin frequency profile, sensitive to strain and temperature into the optical fiber, with a meter spatial resolution over several kilometers. The first problem is to obtain a centimeter spatial resolution with the same sensing length. To solve it, source separation, deconvolution and resolution of inverse problem methodologies are used. Then, the athermal strain into the structure is searched. Several algorithms based on adaptative filter are tested to correct the thermal effect on strain measurements. Finally, several methods are developed to quantify structure displacements from the athermal strain measurements. They have been tested on simulated and controlled-conditions data