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Optimisation d'un capteur optoélectronique de distance et de déplacement pour le contrôle non destructif

Gouaux, Flore. Optimisation d'un capteur optoélectronique de distance et de déplacement pour le contrôle non destructif. PhD, Institut National Polytechnique de Toulouse, 1999

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Official URL: http://ethesis.inp-toulouse.fr/archive/00000170/

Abstract

L'utilité des lasers est depuis longtemps reconnue, notamment en matière d'instrumentation. Ainsi, nombre de systèmes utilisant ces sources ont déjà été proposés. Cependant, une limitation réside dans le faisceau optique rétro-injecté dans la cavité active, soit par la cible elle-même, soit par le matériel optique utilisé. En effet, ce faisceau réfléchi induit des variations non négligeables au niveau de l'émission du laser. Ce phénomène, dit de ″self-mixing″ dans la littérature anglo-saxonne, ce qui peut être interprété en français par rétro-injection optique, est considéré comme parasite, notamment en télécommunications par fibres optiques, ainsi que dans les lecteurs de disques compacts. Des efforts considérables ont été entrepris pour réduire ce phénomène, notamment par l'introduction d'éléments optiques de protection, mais cela augmente le coût et la complexité du système. Puis il a été mis en évidence que la sensibilité du laser au faisceau optique de retour offrait de nombreux avantages dans certaines applications, dont la mesure de distance, de déplacements et de vitesse. De tels capteurs sont en particulier utilisés pour le contrôle dimensionnel, la vision 3D, la maintenance prédictive… Ils présentent l'avantage d'être sans contact, auto-alignés et compacts. De plus, le fait d'utiliser des diodes lasers grand public assure un coût de revient du capteur peu élevé. Dans un premier temps, nous présenterons une étude théorique simplifiée de ce phénomène dans les diodes lasers, ainsi qu'un état de l'art de ses diverses applications. Au sein du laboratoire, nous avons développé un capteur de distance absolue utilisant le phénomène de ″self-mixing″. Ainsi, nous avons obtenu une résolution de ±1,5mm pour des distances comprises entre 50cm et 2m. Pour cela, nous avons utilisé une méthode de détermination de la distance, consistant à évaluer la fréquence des variations de la puissance optique d'émission. Cependant, cette méthode est difficile de mise en oeuvre. En effet, nous avons constaté qu'une dérive thermique dégradait la résolution de la mesure de distance. D'autre part, la fréquence optique n'est plus triangulaire, alors qu'elle est théoriquement pour la modulation triangulaire de courant utilisée. Il a alors fallu déterminer la fonction de transfert entre la fréquence optique et le courant d'injection et ainsi déduire la modulation de courant à appliquer pour obtenir la modulation purement triangulaire de fréquence optique désirée. Nous avons aussi appliqué le phénomène de ″self-mixing″ à la mesure de déplacements et plus particulièrement à la reconstitution de la loi du mouvement de la cible pointée par le faisceau laser. Ainsi, nous avons étudié divers traitements du signal de ″self-mixing″ et développé un capteur en temps réel, basé sur une correction de puissance optique, permettant une résolution de λ/10, pour des déplacements de quelques micromètres d'amplitude. Finalement, une idée originale de modulation de phase du faisceau laser dans la cavité externe semble offrir de nouvelles perspectives. Une première étude théorique et expérimentale a montré sa faisabilité. Il semble intéressant de poursuivre une telle étude pour optimiser l'implémentation expérimentale de cette méthode afin d'obtenir la meilleure résolution possible au moindre coût.

Item Type:PhD Thesis
Uncontrolled Keywords:
Institution: Université de Toulouse > Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT
Laboratory name:
Research Director:
Lescure, Marc
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Deposited By: admin admin
Deposited On:21 Nov 2012 13:45

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