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La fibre optique est généralement utilisée dans le domaine des télécommunications pour transmettre informations par la lumière, mais un groupe de chercheurs de Université Carlos III de Madrid (UC3M) a mis au point une technique pour qu’elle puisse être utilisée en tant que thermomètre dans des environnements industriels extrêmes.

Le système qu’ils ont développé est capable de mesurer la température des processus d’usinage ou de coupe dans des domaines où les techniques conventionnelles n’ont pas accès. Dans ces environnements, il n’est pas possible d’utiliser des caméras thermographiques infrarouges car il n’y a pas de ligne de vision claire avec le point de coupure de l’outil, pas plus que des thermocouples ou d’autres capteurs ne peuvent être attachés en raison de leur détérioration et de la difficulté d’obtenir un emplacement accessible. En revanche, les chercheurs ont résolu cette difficulté en utilisant un piromètre à fibres optiques (un pyromètre est un instrument ayant la capacité de mesurer la température sans être en contact avec l’objet).

La fibre optique est un moyen de transmission qui envoie des impulsions de lumière pour représenter les données. Grâce à sa petite taille (la mesure de la fibre est de 62.5 microns), vous pouvez accéder à de très petites zones. "Pour nous faire une idée, le diamètre des cheveux d’une jeune personne est en moyenne d’environ 100 microns," commentent les chercheurs. Le cas échéant, ils ont utilisé une fibre optique typique de communication comme celle utilisée pour transmettre des signaux à grande vitesse sur les réseaux de données.

La fibre optique est un moyen de transmission qui envoie des impulsions de lumière pour représenter les données. Grâce à sa petite taille (la mesure de la fibre est de 62.5 microns), vous pouvez accéder à de très petites zones. "Pour nous faire une idée, le diamètre des cheveux d’une jeune personne est en moyenne d’environ 100 microns," commentent les chercheurs. Le cas échéant, ils ont utilisé une fibre optique typique de communication comme celle utilisée pour transmettre des signaux à grande vitesse sur les réseaux de données.

Le pyromètre détermine la température d’un corps par la quantité de rayonnement qu’il émet: en augmentant la radiation, la température le fait aussi. Il mesure les radiations en deux couleurs différentes et calcule la température à partir du rapport des deux signaux. Le système est calibré pour qu’il puisse " commencer à mesurer à partir de 300 degrés et pourrait atteindre jusqu'à 1000 degrés parce que la fibre, qui est de silice, supporte des températures très élevées ," explique Carmen Vázquez, professeur du département de Technologie Electronique de l’UC3M et coordinatrice du projet.

Obtenir des données sur le changement de température pendant la coupe permet d’analyser l’évolution de l’usure de l’outil. Carmen explique: "Il est possible d’optimiser la vie de l’outil, en améliorant la productivité." De même, il est important de garantir l’intégrité superficielle du matériau mécanisé; dans la plupart des cas, la température est un paramètre indicatif des dommages causés par l’usinage.

Ce système a une application dans les environnements où la machine-outil est utilisée pour la fabrication de pièces. Il est important, par exemple, dans le secteur aérospatial. Dans l’usinage des pièces pour composants de moteurs, il est très important "d’éviter une température excessive pendant l’usinage qui peut entraîner des tensions résiduelles excessives ou des changements de phase liés à un comportement de fatigue plus faible" et ainsi sauver un problème pendant le vol. Carmen Vázquez affirme que "le prototype pourrait déjà être implanté sur le terrain et fonctionner sur différentes machines du secteur." Ce système peut également avoir des applications dans le domaine biomédical, comme l’ont souligné les chercheurs dans une recherche publiée récemment dans le magazine Sensors.

Les chercheurs du projet sont, outre Carmen Vázquez, Alberto Tapetado, étudiant en doctorat à l’UC3M; Henar Miguélez, professeur du département d’ingénierie mécanique; José Díaz Alvarez, professeur au département d’ingénierie aérospatiale et Ernesto Garcia, tous de l’UC3M. La recherche s’est développée dans le cadre d’un projet du Plan national financé par le Ministère de l’économie et de la compétitivité et du programme de recherche SINFOTON-CM financé par la Communauté de Madrid. Il a été réalisé par le groupe des Displays et Applications Photoniques du département de Technologie Electronique, en collaboration avec le Groupe des Technologies de Fabrication et de Conception des Composants Mécaniques et BioMécaniques du département de Ingénierie Mécanique.

Pour plus d’informations:

A. C’est un tableau, C. Vasquez, X. Soldani, H. Miguélez, D. S. Montero. Temperature sensor based on fiber optic pyrometer in material removal processes. Proc. SPIE 8421, p. 84212V, 2012. doi:10.1117/12.970276

Díaz-Álvarez, J, Cantero, J.L, Miguélez, H., Soldani, X., “Numerical analysis of thermomechanical phenomena influencing tool wear in finishing turning of Inconel 718”. International Journal of Mechanical Sciences. 2014, vol. 82, p. 161-169

Moraleda AT, Montero DS, Webb DJ, Garcia CV. A Self-Referenced Optical Intensity Sensor Network Using POFBGs for Biomedical Applications. Sensors. 2014, décembre; 14(12):24029-24045. http://www.mdpi.com/1424-8220/14/12/24029

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UC3M

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