Conception d'un vélocimètre optoélectronique embarqué

• Auteur / Autrice : Xavier Raoul
• Direction : Thierry Bosch
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique
• Date : Soutenance en 2002
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT

Mots clés

Mots clés contrôlés

Capteurs optiques

Traitement du signal

Granularité (optique)

Lasers à injection

Mots clés libres

Vélocimétrie

Self-Mixing

Résumé

Les diodes laser peuvent voir leurs propriétés spectrales perturbées par un phénomène optique, le Self-Mixing, et être utilisées pour développer des capteurs sans contact faible coût. Elles présentent l'intérêt d'émettre à une longueur d'onde précise une puissance optique constante. La présence d'un obstacle sur le chemin du faisceau laser provoque un retour de lumière vers la face avant de la diode laser. La rétro-injection de lumière dans la diode laser y génère des interférences entre l'onde réinjectée et l'onde oscillant dans la cavité active. Le phénomène de Self-Mixing et la structure d'un vélocimètre sont présentés dans le premier chapitre. L'influence du coefficient de couplage optique sur le comportement spectral des diodes laser et la portée des capteurs est ensuite étudiée. Une analyse des contraintes propres à chaque application et le choix d'un type de diode laser conclus ce premier chapitre. Le problème principal auquel sont soumis les capteurs exploitant le Self-Mixing dans une diode laser, le phénomène de Speckle, est étudié dans le second chapitre. Après présentation de ses propriétés statistiques, la taille radiale moyenne d'un grain de Speckle en tenant compte d'un modèle amélioré du faisceau laser incident est étudiée. La taille radiale moyenne d'un grain de Speckle subjectif a été reliée à celle d'un grain de Speckle objectif en fonction des paramètres du dispositif. Le troisième chapitre est consacré au capteur de vitesse développé au cours de ce travail de thèses. Nous présentons d'abord l'algorithme de traitement du signal adopté. Ensuite une analyse critique des performances du dispositif mono-diode par rapport à celles d'un dispositif bi-diode laser est proposée. En effet, un dispositif mono-diode laser présente une plus grande sensibilité aux variations de l'angle d'incidence. L'intervalle de confiance à 95% sur les mesures d'un tel dispositif est Vmoy + ou - 0. 4% contre Vmoy + ou - 0. 072% pour un dispositif bi-diode laser testé dans des conditions expérimentales défavorables.