LES VERRES FLUORES ET LEURS APPLICATIONS … · • La mission Exomars, pilotée par l’agence spatiale européenne (ESA) a pour objet l’étude de l’atmosphère de mars. Elle

LES VERRES FLUORES ET

LEURS APPLICATIONS

DANS LES CAPTEURS

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)

Système de mesure

de température

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

Système de mesure

d’épaisseur de peinture

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.

Synoptique du système

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 …

Système de mesure

d’épaisseur de peinture :

ANNEXES

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

Merci de votre attention

Visitez notre site:

www.leverrefluore.com

ANNEXE 1 :

Généralités sur les verres fluorés

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

Atténuations typiques des 3 principales familles de verres fluorés

ANNEXE 2

Applications des verres fluorés

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.