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Sommaire
• Présentation de l’entreprise
• Pyromètre bichromatique IR
• Mesure d’épaisseur de peinture
Historique de la société
1974 : Les frères Poulain découvrent les verres
fluorés, un matériau particulièrement transparent
dans l’infrarouge moyen (1-5mm).
1977 : la société Le Verre Fluoré est créée et développe des fibres optiques en
verre fluoré.
1986 : suite à un appel d’offres de la NASA (projet AVIRIS), LVF obtient le
marché en étant le seul à répondre aux exigences client.
1994 : développement du premier appareil à base de fibres optiques en verre
fluoré (amplificateur optique).
Domaines d’activité
Fibres optiques :
• monomodes,
• multimodes,
• double cœur,
• dopées terres rares,
• maintien de polarisation,
• systèmes complexes à fibres.
Capteurs pour des mesures optiques de :
• concentration chimique (octane, acide fluorhydrique),
• température,
• d’épaisseur de peinture
Lasers :
• laser supercontinu IR (spectrométrie et contremesures IR),
• laser à fibres dopées Erbium à 2,9mm (coopération avec l’Université
Laval à Québec)
Contexte du développement
• La mission Exomars, pilotée par l’agence spatiale européenne (ESA) a pour
objet l’étude de l’atmosphère de mars. Elle est constituée de deux missions en
2016 et 2018
• Le dimensionnement des protections thermiques des sondes spatiales rentrant
dans l’atmosphère est un enjeu majeur de la mission Exomars :
• Elles sont actuellement dimensionnées à partir de modèles
mathématiques, sécurisés par des marges,
• Il y a un enjeu évalué à 10kg par l’optimisation des protections thermiques.
• LVF a développé un capteur permettant la mesure du plasma de CO² : le
capteur Icotom. Il a été embarqué lors de la mission Exomars de mars 2016.
Le capteur Icotom
• Principe du capteur : mesurer de manière passive l’émission de corps noir du
plasma de CO² pour en déduire sa température.
• Longueurs d’onde mesurées : 2,9µm et 4,5µm, qui sont proches des pics
d’émission du CO²
• Plage de température de mesure : 100°C-1200°C
• Précision de mesure : <1°C
• Calibration à partir d’un corps noir militaire
Applications industrielles
• LVF développe actuellement un déclinaison du système Icotom pour mesurer
des températures d’autres composants (solides, liquides, gaz).
• L’intégration d’une canne optique (endoscope refroidi à eau) permet de
résister à des températures >2000°C.
• La mesure de température dans le moyen infrarouge permet des mesures
précises à basse température (300°C) jusqu’à de hautes températures
(2000°C).
• LVF a développé un filtre spatial permettant de s’affranchir d’émissions
thermiques parasites
• Système insensible aux perturbations électromagnétiques
Schéma d’une canne optique
Description du système
Méthode :
• Mesure de l'épaisseur de peinture en sortie d'enducteur et avant cuisson dans le
four.
Principe du système :
• Un signal infrarouge est envoyé sur la surface peinte, une mesure de l’onde
renvoyée est effectuée puis traitée. Ce traitement permet de déterminer
l’épaisseur de peinture sèche avec une précision de ±0,3µm.
• Seuls les pigments contribuent à la mesure, le solvant ayant une influence
négligeable sur le résultat.
• La mesure sur peinture humide permet de déterminer l'épaisseur sèche (à la
sortie de four de séchage).
Objectifs :
• Economie de 5 à 10% de peinture,
• Traçabilité des mesures et maîtrise qualité du process.
Système utilisé chez ARCELOR
Le système Targazh est toujours en
fonctionnement sur une ligne
ARCELOR de Liège. Il est conforme
aux normes ATEX, ce qui explique sa
taille.
LVF va développer en 2016 pour
Arcelor une nouvelle génération de
capteurs pour une ligne industrielle à
Montataire.
Résultats obtenus
sur une ligne d'enduction ARCELOR
Dates clés :
•Juin 2006 : début de la collaboration avec l'utilisateur.
•Mars 2007 : livraison du prototype.
•Juillet 2007 : validation du système sur une ligne de production.
•Octobre 2007 : prise en main par le personnel de la ligne.
•Janvier 2008 : Les résultats ont atteint l'objectif : 10% d'économie de peinture.
Caractéristiques techniques
Spécificités du système
•Insensibilité au Tilt et aux Vibrations
•Variation de l'intensité avec la distance : corrigée par le calcul
•Champ de mesure configurable (cercle, anneau) :• Intersection du cône d'acceptance de la fibre et de la zone éclairée de la cible
• Sa taille dépend de : a) la distance fibre – cible , b) l'ouverture de la fibre.
Caractéristiques particulières du Système de Mesure de Peinture Humide
•Distance fibre – cible : ~15-25 cm
•Champ de mesure : cercle de diamètre compris entre 6 et 10 cm
•Longueur d'onde de mesure : ~3,8 µm
•Précision : ~±0,3 µm
•Fréquence d'échantillonnage : ~100 Hz
•Moyennage : suivant la précision recherchée
•Spectres de peintures …
Spectres de peintures
Signal / Thikness
0
20
40
60
80
100
3.00 3.20 3.40 3.60 3.80 4.00
Wavelength (µm)
Ou
tpu
r p
ow
er
(a.u
)
40 µm
75 µm
100 µm
© Le Verre Fluoré
Mesure au travers d'un nuage de peinture
• La contribution du nuage de
peinture au signal est mesurée à
chaque interruption
• Le signal corrigé de
l'affaiblissement correspondant
donne accès à l'épaisseur
Substrate
Liquid layer
Nozzle
Spray
Radiation
from
source
Field of view of Sensor
Spray No Spray
Damping
by spray
IR s
ign
al
Importance de la longueur d'onde de mesure
le signal collecté est élevé
le niveau baisse avec le nombre de
particules diffusantes, proportionnel à
l'épaisseur de peinture sèche.
A 3,4 µm l'absorption des CH est très forte
le signal collecté est très faible.
A 3,8 µm l'absorption des CH est très faible,
le signal est atténué par les particules (diffusion)
Substrate
Liquid layer Scattering
clusters
Field of view
of fiber3,8 µm3,4 µm
Radiation from source
Familles de verres fluorés
• Fluorozirconate ZrF4 (ZBLAN)
• Fluoroindate InF3
• Fluoroaluminate (résistant chimiquement)
• Fluorogallate, Fluorozincate,…
• Mélange de différentes familles de verres
• Grâce à un large choix de compositions, les propriétés sont
ajustables (Tg, indice optique)
Des propriétés physiques uniques
• Large fenêtre de transparence sans pic d’absorption (UV, visible,
Mid-IR)
• Faibles pertes
• Faible indice de réfraction
• Faible dispersion
• Faible énergie de phonon
• Possibilité de forte concentration de terres rares (jusqu’à
100.000ppm)
• Pour les fibres :
– bonne résistance mécanique (50 to 100 kpsi)
– 0.05 < ouverture numérique< 0.4
– Possibilité d’inscrire des réseaux de Bragg
– Bending radius situé entre 25mm et 50mm
Applications
• Spectroscopie
• Capteurs (concentrations chimiques, température)
• Transmission de signal laser
• Conversion de fréquences de lasers
• Supercontinuum
contremesures infrarouge (IRCM)
• Lasers et amplificateurs à fibre
lasers fibrés• Principe : les lasers fibrés utilisent comme milieu amplificateur des
fibres dopées aux terres rares
• Grande solubilité des terres rares
– Jusqu’à 100000 ppm (10%)
• Transparence dans de nombreuses longueurs d’onde d’absorptiondes terres rares
• Excellente qualité du faisceau laser (TEM00)
• Possibilité de laser à de nombreuses longueurs d’ondes (ex. : generation de RGB, 2.8 µm, 3.9 µm)
• Potentiel pour de grandes puissances et un coût de revient contenu
UV-VIS MID IR
Supercontinuum
LVF a développé et commercialise actuellement des lasers supercontinuum s’étendant de 700 nm à 4000 nm à une puissance moyenne de 700 mW.
L’utilisation de fibres InF3 permet l’extension du spectre d’émission au-delà de 5000 nm, c’est la prochaine étape à franchir.
L’utilisation de fibres microstructurées en ZBLAN permet la génération de supercontinuum UV.