Étude et conception de capteurs optoélectroniques auto-alignés de distances et de déplacements pour le contrôle non destructif

Analysis and development of laser self aligned distance and displacement measurement sensors for non destructive testing

• Auteur / Autrice : Noël Servagent
• Direction : Marc Lescure
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique
• Date : Soutenance en 1997
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT

Mots clés

Mots clés contrôlés

Analyse modale (ingénierie)

Modélisation tridimensionnelle

Télémétrie ultrasonore

Diodes laser

Électronique

Résumé

Lorsqu'une diode laser pointe une cible non cooperative, une faible partie de la lumiere reflechie par cette derniere retourne dans la cavite active de la diode et en perturbe les proprietes physiques. Cette perturbation traduite principalement par une variation energetique et spectrale du faisceau emis par la diode est connue sous le terme anglophone de phenomene de self-mixing. Ce travail detaille ce phenomene pour une diode laser de type fabry-perot operant en regime monomode (regime i). Une analyse theorique de ce probleme et presentee en deux parties. Dans la premiere, l'aspect discret et aleatoire de l'emission spontanee de photons generant un bruit optique, est neglige. Cette simplification frequemment utilisee permet de decrire d'une maniere suffisamment precise le principe du phenomene de self-mixing. Cependant, elle ne permet pas d'introduire la notion de coherence temporelle du faisceau emis parla diode, a l'origine de la portee maximale. Aussi, en seconde partie, une analyse tenant compte de ce bruit optique sera proposee pour decrire les limitations des applications du phenomene de self-mixing. Une partie experimentale composee de deux applications distinctes du phenomene que sont la mesure de deplacement (vibrometre) et de distance (telemetre) est exposee en deux chapitres : - le premier traite de la mesure de depalcement sous deux declinaisons : vibrometre en temps reel dont la resolution est d'une demi-longueur d'onde (0. 4m) et le vibrometre en temps differe permettant, par traitement informatique de l'interfrange, une resolution d'un vingtieme de longueur d'onde (4/100m). Une application de ces vibrometres a la mecanique vibratoire a montre leur interet en analyse modale d'elements mecaniques legers et/ou fragiles, en controle non destructif et en maintenance preventive. - le second chapitre experimental traite de la mesure de distance absolue. Ainsi, un telemetre interferometrique dont la precision est de 5mm (pour une plage de 50cm a 2m) est presente pour une application en imagerie 3d. Cette realisation exploite une methode approchee de comptage de pics dont l'imprecision theorique a ete evaluee a 5mm. Aussi, une courte partie theorique presente une methode plus precise basee sur l'evaluation des frequences de battement de la puissance d'emission de la diode. Cette methode dont l'application experimentale est plus delicate, semble s'imposer dans le cadre d'une amelioration future du dispositif.