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Comment fonctionne un réseau de Bragg ?
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Un réseau de Bragg comporte de nombreux points de réflexion qui reflètent des longueurs d'onde de lumière particulières selon l’incident crée sur la fibre. Cet incident est créé en soumettant le noyau de la fibre à une lumière UV intense. Ce procédé s'appelle également « inscription ». L'inscription d’un grand nombre de points de réflexion sur la fibre à intervalles réguliers constitue en fait le réseau.
Fig. 1: Structure d'un réseau de Bragg
La distance entre les points de réflexion d'un réseau de Bragg est toujours la même. La longueur d'onde qui est réfléchie correspond exactement au pas du réseau de Bragg. Toutes les autres longueurs d'onde sont transmises par le réseau sans être réfléchies ou atténuées. L'interférence de la lumière entre chaque pic de réflexion crée un pic de réflexion déterminé par la distance des points du réseau entre eux.
Si toutes les réflexions sont en phase - dans ce cas la longueur d'onde correspond à la distance des points de réflexion - ceci a pour conséquence la construction d’une interférence en ce point. La longueur d'onde de ce pic de réflexion est déterminée par l'interrogateur. Dès que la fibre du réseau de Bragg est soumise à une contrainte, la distance de réflexion varie et une longueur d'onde différente est réfléchie.
C’est ainsi que la variation de la longueur d'onde de Bragg est déterminée. Par analogie avec les jauges de contraintes métalliques, l’équation suivante s’applique :
Avec
λ longueur d'onde initiale du réseau de Bragg (longueur au départ de la mesure)
Δλ variation de longueur d'onde de la jauge sous contraintes
k facteur de jauge
ε Déformation
Les jauges basées sur le principe du réseau de Bragg dite jauges optiques ont une épaisseur supérieure à celle des jauges de contrainte électriques. Quand une contrainte de flexion agit sur des composants minces, elle génère une erreur de mesure qui ne peut être négligée mais qui est toutefois facile à compenser:
Avec
εOF Déformation sur la surface du composant
εAnz Déforamation mesurée par la fibre
h Epaisseur du composant
d Distance entre la fibre et la surface du composant
Les jauges optiques de HBM ont un distance de: d=0.5 mm.
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Quels sont les avantages des jauges optiques?
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Une jauge de contrainte optique est constituée d’une fibre en réseau de Bragg incorporée dans une structure spéciale. Chez HBM, les jauges de contrainte optiques de HBM sont conçues de manière à pouvoir être collées comme les jauges de contrainte conventionnelles, de manière à ce que les utilisateurs ne soient pas confrontés à une manipulation difficile généralement liée aux fibres optiques.
Autre avantage, la fibre en réseau de Bragg peut également mesurer facilement une contrainte négative sans aucune précontrainte du réseau de Bragg – Cette caractéristique est disponible uniquement avec le réseau de Bragg breveté par HBM.
Toutes les jauges de contrainte optiques de HBM ont été testées selon la norme VDI/VDE2635 relative aux jauges de contrainte électriques en ce qui concerne leurs caractéristiques comme la tenue en fatigue, le facteur de jauge et l'élongation maximum.
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Jusqu’à quel point les pertes optiques peuvent être compensées ?
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Certains composants comme les prises et raccords utilisés pour relier les fibres optiques aux interrogateurs mais aussi différents types de fibre optiques peuvent occasionner des atténuations du signal optique. Le module complémentaire catman®Easy optics permet d’ajuster le gain et le niveau de bruit du spectre des jauges dans la gamme de tolérance du signal de déformations mesuré.
Le gain est employé pour augmenter la force du signal. Quand au bruit il est supprimé e ajustant le niveau du bruit. Dans ce cas, il est essentiel que l'intensité des crêtes de réflexion soit au moins égale au niveau du bruit. Les jauges de contrainte optiques de HBM installées sur une même fibre optique ont des écarts de niveau de 4 dB maximum - une valeur qui n’a aucune incidence sur les mesures. Pour plus d'information sur la façon d’ajuster correctement le gain et le niveau de bruit, vous pouvez vous référer aux manuels d’utilisation correspondants.
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Quelle est la longueur active d’une jauge optique ?
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Une jauge de contrainte optique n'a pas une longueur de grille active définie comme les jauges de contrainte électriques. En standard, les jauges de contrainte optiques de HBM ont une longueur unique de 30 mm.
Le réseau de Bragg est incorporé dans une matière plastique spéciale au centre de la jauge de contrainte (zone pâle sur la photo). La contrainte est appliquée au réseau de Bragg par l’intermédiaire « des extrémités » de la jauge « (les deux secteurs les plus foncés de l'image). Ces extrémités ont chacune une longueur de 5 mm. La jauge de contrainte optique doit être collée sur la totalité de sa longueur.
La légère couche plastique spéciale guide en fait la fibre, en particulier, dans le cas d’une e contrainte négative. Le signal de mesure d’une jauge de contrainte optique envoyé à l'interrogateur est la moyenne de toutes les contraintes qui se produisent dans la zone du support plastique.
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Combien de jauges peuvent être assemblées sur une même fibre?
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Un des gros avantages de la technologie de mesure par fibre optique en réseau de Bragg est que plusieurs jauges peuvent être intégrées dans une et même fibre. Pour cela, il est indispensable que toutes ces jauges aient des longueurs d'onde différentes.
Comme décrit dans le paragraphe « Comment fonctionne un réseau de Bragg?», la longueur d'onde varie en fonction de la température et de la contrainte agissant sur la jauge. Les distances entre les jauges ne doivent donc pas interférer.
Les charges mécaniques agissent sur la longueur d'onde en la faisant varier. Le total de ces variations ne doit pas excéder la bande passante de longueur d'onde de l'interrogateur.
Il faut également préciser que des distances de dégagement doivent être laissées entre chaque jauge pour ces questions de variation de longueur d'onde des jauges. Celles-ci sont exigées pour permettre à l'interrogateur d'assigner les jauges sur la base des longueurs d'onde reflétées. La valeur recommandée est de 13 jauges par fibre. Un interrogateur équipé de quatre voies permet ainsi de raccorder 52 jauges.
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Quelle est influence de l'humidité/eau sur le collage des jauges optiques ?
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Généralement, les jauges de contrainte optiques sont mise en place avec une colle à froid qui n’offre pas une bonne stabilité dans le temps lorsque l’humidité augmente. Cela est valable particulièrement avec la colle cyanoacrylate (Z70).
Cependant, les solutions en résine époxy (comme la X280) résistent bien aux influences de l'humidité. L’humidité affecte plus ou moins les résultats de mesure selon les matériaux utilisés. Le réseau de Bragg est ainsi affecté par des forces agissant à l'intérieur de la jauge de contrainte optique. Cela a un donc un effet négatif sur la stabilité du zéro du point de mesure.
Dans tous les cas, nous recommandons d'employer un produit de protection semblable à ceux utilisés pour les jauges de contrainte électriques.
Tous les produits de protection de la gamme HBM (excepté le SL450) peuvent être employés avec les jauges de contrainte optiques.
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Quelle est la différence entre les interrogateurs statiques et dynamiques ?
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Les interrogateurs statiques et dynamiques diffèrent par leur vitesse d’échantillonnage. Les interrogateurs statiques opèrent avec une vitesse d’échantillonnage de 1 à 10 Hz. Les interrogateurs dynamiques travaillent avec une vitesse d’échantillonnage de 100 à 1000Hz.
- Référence HBM pour les interrogateurs statiques: SIxxx
Référence HBM pour les interrogateurs dynamiques: DIxxx
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Qu’est-ce qu’un multiplexeur ?
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Les multiplexeurs optiques peuvent être connectés aux interrogateurs 4 voies. Ils multiplient ainsi le nombre de chaînes de mesure optiques respectivement à 8 ou à 16.
Ceci permet à des systèmes de mesure de traiter jusqu'à 320 jauges optiques. Pour plus d'information, nous vous invitons à consulter les fiches techniques correspondantes sur hbm.fr
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Comment mesure-t-on une contrainte?
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Les valeurs mesurées par l'interrogateur sont les longueurs d'onde des signaux réfléchies par les jauges. Lorsque la contrainte agit sur la jauge, la longueur d’onde varie proportionnellement à cette contrainte. Pour obtenir des valeurs correspondantes à la contrainte, les longueurs d'onde doivent être converties en contraintes.
Le facteur jauge indiqué sur l'emballage de la jauge est alors employé comme facteur de proportionnalité. L’autre option est d'utiliser le logiciel d’acquisition de données et d'analyse approprié à la technique de mesure optique.
Les réglages exigés comme les paramètres d’affichage de spectres et de la mesure de contrainte mais aussi les valeurs d'ajustement du zéro peuvent être stockés dans le logiciel de manière permanente. Les variations de la température ont un effet significatif sur les résultats de mesure. Le logiciel d’acquisition de données de mesure permet de compenser ces effets de température. Il est également possible d’effectuer cette compensation en utilisant une jauge de compensation ou bien en faisant une correction avec une voie de mesure de la température.
