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Mesures de distance, déplacement et
vitesse par interférométrie à réinjection optique
Nice, 20/10/2011
Principe physique du self-mixing
Nice, 20/10/2011
Interférométrie conventionnelle
• DL : source + DL : source + -interféromètre
-interféromètre + PD + PD• Pas de composants optiques externes
Pas de composants optiques externes• Compact, faible coût
Compact, faible coût
Principe physique du self-mixing
Pc-Ps
LD LD
target target
Excess fringe
sawtoothlike
))2cos(1(PP(t) 0 DFm
LDPDD
Target
r’1 r2
l
LASER
r’1 reff
l
LASER with target
r3
Principe physique du self-mixing
Application à la mesure de déplacements
Nice, 20/10/2011
Arccos P(t)
P(t)
d/dt [arccos P(t)]
Transitions reconstruction
2
2t
tDtx
FF
2
20
0 tD
tx
Résolution typique : ~ 40 nm
Application à la mesure de déplacements
Principe du capteur embarqué :
DGlobal = DS + DCible = DAcc + DPZT
Application à la mesure de déplacements
ValidationExpérimentale
Contre-mesure : actuateur PZT avec capteur capacitif intégré(résolution 2 nm)
Capteur laser
Accéléromètres
Shaker
Validation ExpérimentaleShaker 1,5 µm à 225 Hz ; PZT 2,5 µm à 47 Hz.
DGlobal
Axe X : DAcc
DPZT et DCible
Axe Y : DAcc
Axe Z : DAcc
Analyse de l’erreur
ADXL311 (4€) : 250 nm à fCBF = 20 Hz LIS344ALH (6€) : 40 nm à 20 HzSF1500 (400€) : 0,3 nm à 20 Hz ; 30 nm à 1 Hz
« Mechatronics Awards 2010 », Catégorie Recherche- Thésame (réseau européen)- Artema (syndicat des industriels de la mécatronique).
Soutien PRES-Région, 2011Brevet FR 10 53648ANR Emergence 2012-2013
Application à la mesure de déplacements
Capteur actuel
• Consommation : 200 mA
• dimensions : 11 x 8 x 3 cm
• Bande passante :
20 Hz – 500 Hz : résolution de 400 nm 1Hz – 1500 Hz : résolution 1 m
Application à la mesure de vitesses
Nice, 20/10/2011
Wet road (2mm)
FD=4MHz GPS=24.8 km/h
Harmonics
Application à la mesure de vitesses
Single scattering 5µl/min Multiple scattering 10µl/min
Application à la mesure de vitesses
(2)
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mécanique
acquisition
électronique
Montage expérimental :
Tube en téflon (interne: 500 m)
CCD (visualisation du spot)
vélocimètre
Application à la mesure de vitesses
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Signal à partir de 0.7% de concentration de lait dans l’eau
Application à la mesure de vitesses
18
Mesure de flux sanguin
Vitesses : 25.9 /s, 51.8 /s 77.7 /s.
Laser bleuLaser IR
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
x 104
5
10
15
20
25
30
Frequence (Hz)
FF
T (
dB)
temoin0 µl/min
50 µl/min100 µl/min
500 µl/min
1000 µl/min
1500 µl/min2000 µl/min
2500 µl/min
Vitesses de 0 à 212,2 mm.s-1.
Application à la mesure de vitesses
Le fantôme
Distribution de la vitesse : 15mL/min
Princess Alexandra Hospital
Application à la mesure de vitesses
Application à la mesure de distances
Nice, 20/10/2011
1/fb1
1/fb0
D c
4ds
dt
t0
(0fb0 1fb1 )
Télémétrie : courant modulé en triangle
Méthode de fréquences de battement :
-2,0-1,5-1,0-0,50,00,51,01,52,0
1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0
distance (m)
error (mm)
Variation de fréquence optique : 36 GHz ( résolution : 4,16 mm)
Délicat à implémenter : mesure du chirp en fréquence
Application à la mesure de distances
0.002 0.004 0.006 0.008 0.01
fb1
fb0
Time (s)
T1
T2
Nb1=3
N b0=3
1
0
c
Dc
40 Nb0 1 Nb1 Méthode de comptage de pics :
20cm 30cm 40cm 50cm 60cm20cm
30cm
40cm
50cm
60cm
Measured distances
Target distance
20cm 30cm 40cm 50cm 60cm-0,75mm-0,50mm-0,25mm0,00mm0,25mm0,50mm0,75mm
Deviation
Variation de fréquence optique : 375 GHz ( résolution : 0.5 mm)
DBR multi-électrode
Application à la mesure de distances
TRIANGULAR SIGNALGENERATOR
Photodiode Laser diode
D
MEDIAN FILTER
DRIVERDangl
e
Y
X
Point M
Galvanometer
CONTROLLINGELECTRONICS
COMPUTER
Gray levelvisualization
or
3-D mapping
Résolution 0,1% (1 to 3 m)
Caméra 3D par télémétrie laser :
Conclusions :
Nice, 20/10/2011
• Dispositif à faible coût• Autoaligné• Portée jusqu’à plusieurs mètres• Embarquable• Nombreux domaines d’applications :Biomédical, Chimie, Automobile, Aéronautique, Energie renouvelable, Mécatronique, CND, …
