Un capteur à fibre optique est une technologie qui utilise la lumière pour effectuer des analyses de propriétés physiques dans des applications de télédétection. Les capteurs intrinsèques utilisent la fibre optique elle-même comme élément de détection, tandis que les capteurs extrinsèques utilisent des câbles à fibre optique pour transmettre les informations lumineuses d’un capteur distant aux processeurs électroniques. La lumière peut être utilisée pour détecter les changements dans de nombreuses propriétés physiques et chimiques des matériaux afin d’analyser des facteurs tels que la température, la pression ou les vibrations. Ces capteurs fonctionnent dans divers contextes industriels et scientifiques, tels que la mesure en fond de puits de pétrole ou comme hydrophones pour des applications sonar et sismiques. Les fibres optiques légères possèdent de nombreux avantages inhérents par rapport aux technologies précédentes, notamment des dimensions réduites et légères, une résistance électromagnétique, une durabilité et une transmission instantanée et précise des informations.
Les fibres optiques conduisent la lumière provenant de sources telles que les lasers ou les diodes électroluminescentes (DEL) à travers des guides d’ondes diélectriques cylindriques. Ces fibres permettent à la lumière de se réfléchir sous forme d’onde avec une perte minimale, même sur de grandes distances. La fibre est constituée d’un noyau diélectrique entouré d’une couche de gaine et revêtu d’une jaquette ; ces fibres peuvent être regroupées dans des câbles plus épais. Un capteur à fibre optique offre des performances robustes dans des conditions extrêmes qui interdisent l’observation directe ; ceux-ci peuvent inclure des zones dangereuses et éloignées telles que des moteurs à l’intérieur ou des environnements explosifs et corrosifs.
Des capteurs intrinsèques peuvent mesurer le flux de matière à travers des interstices allant jusqu’à un mètre dans le trajet lumineux. Ce matériau apporte certaines modifications à la qualité de la lumière, ce qui peut alors révéler des informations vitales pour l’analyse. Les variations de la longueur du chemin optique permettent de mesurer l’intensité, la polarisation, la phase et d’autres caractéristiques de longueur d’onde de la lumière. Le capteur à fibre optique propage les effets environnementaux modulés à l’aide de sources lumineuses et de détecteurs. Des lectures supplémentaires telles que la contrainte, la température et la viscosité sont possibles.
Les capteurs optiques et électroniques peuvent également utiliser des fibres optiques pour transmettre des informations aux processeurs électroniques. Ces capteurs de type extrinsèque peuvent être spécifiquement conçus pour certaines conditions difficiles : par exemple, la lecture des températures à l’intérieur des moteurs à réaction et des transformateurs, où la chaleur ou les champs électromagnétiques interdisent d’autres méthodes de mesure. Un capteur à fibre optique extrinsèque utilise généralement une fibre multimode qui peut autoriser plusieurs longueurs d’onde, ou faisceaux lumineux, pour une transmission d’informations plus complexe. Les informations provenant d’un capteur électronique sont converties via un émetteur optique et transportées sur des lignes optiques jusqu’à sa base de destination.
Le type le plus simple de capteur à fibre optique est connu sous le nom de type intensif ; il mesure la modulation d’intensité. Les capteurs spectraux mesurent la lumière modulée par un effet environnemental et sont utilisés pour capturer des informations relatives aux propriétés de la lumière telles que le rayonnement, la fluorescence et l’absorption. Les capteurs interférométriques fonctionnent comme des gyroscopes à fibre optique à semi-conducteurs dans l’aérospatiale, la navigation et l’exploitation minière. Le domaine médical utilise des capteurs à fibre optique pour obtenir des informations sur les gaz sanguins et la posologie ; ces capteurs passifs sont peu coûteux, fabriqués en série et semblent ne présenter aucun effet néfaste pour les patients. Les structures intelligentes à fibre optique sont intégrées dans des matériaux manufacturés et des structures à grande échelle comme des ponts et des barrages ; les applications continuent d’être développées pour les technologies existantes et nouvelles.