Capteur optique de vibrations.

La présente invention concerne un capteur optique de vibrations pouvant être utilisé notamment comme microphone opto-acoustique.

On connaît des capteurs de vibrations à fibre optique et plus particulièrement des capteurs optiques extrinsèques, c'est-à-dire dans lesquels la fibre optique ne constitue pas 1 'orqane détecteur des vibrations mais sert seulement à véhiculer un εiqnal qui est modulé par un orqane détecteur fixé à son extrémité. Ces dispositifs sont qénéralement fraqiles, principalement en raison du risque de désaccouplement de la fibre optique et de 1 ' organe de détection, et généralement peu précis. De plus, leur réalisation implique une opération onéreuse de montage du capteur à l'extrémité de la fibre optique avec en outre les problèmes que pose généralement l'existence d'une interface entre deux pièces accolées.

Un but de l'invention est de proposer un capteur optique de vibrations du type extrinsèque de réalisation simple et de structure robuste. En vue de la réalisation de ce but, on propose selon l'invention un capteur optique de vibrations comportant un boîtier supportant un organe d'entrée de lumière et un organe de sortie de lumière disposés en regard l'un de l'autre et définissant un faisceau lumineux traversant le boîtier, et une membrane disposée de façon adjacente au faisceau lumineux et comprenant une partie en relief tournée vers le faisceau lumineux.

Ainsi, lors des déformations de la membrane sous l'effet des vibrations, notamment sous l'effet des ondes sonores, la partie en relief pénètre plus ou moins dans le faisceau lumineux en fonction de l'amplitude des déformations de la membrane et la quantité de lumière atteignant l'organe de sortie varie donc d'une façon correspondante de sorte que les variations de la quantité de lumière recueillie à la sortie du capteur sont représentatives des vibrations

auxquelles le capteur est soumis. En particulier, dans le cas d'un microphone ces variations de quantité de lumière peuvent être aisément converties en un signal électrique au moyen d'un transducteur optoélectronique tel qu'un phototransistor. Selon une version avantaqeuse de l'invention, la- partie en relief est conique et comporte un axe de symétrie perpendiculaire à une direction longitudinale du trajet lumineux. Ainsi, on obtient un très bon rendement de trans¬ formation des vibrations en variation de la quantité de lumière recueillie à la sortie du capteur quelle que soit la direction des vibrations .

Selon un autre aspect avantageux de l'invention, la partie en relief s'étend dans le faisceau sur environ la moitié de la section de celui-ci pour une position au repos de la membrane. Ainsi, les réactions du capteur sont les mêmes quelle que soit la position de la source de vibrations par rapport au capteur.

Selon encore un autre aspect avantageux de l'inven¬ tion, la partie en relief de la membrane comporte une surface absorbante de la lumière utilisée. Ainsi, on évite des réflexions parasites des rayons lumineux frappant la partie en relief de la membrane et on obtient un signal de sortie présentant un faible bruit acoustique.

D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion apparaîtront encore à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation particuliers non limitatifs de l'invention en liaison avec les figures ci-jointes parmi lesquelles :

- la figure 1 est une vue en coupe selon un plan axial, d'un mode de réalisation du capteur selon l'invention.

- la figure 2 est une vue en perspective très agrandie d'un second mode de réalisation du capteur selon 1' invention.

En référence à la figure 1, le capteur selon l'invention comporte un support 1, ici un boîtier comprenant

une cavité centrale cylindrique 2 dans laquelle débouchent deux conduits cylindriques radiaux 3 et 4 diamétralement opposés. La paroi inférieure de la cavité 2 est percée d'une série d'ouvertures 5 d'une dimension suffisante pour laisser passer les vibrations et obtenir ainsi un effet différentiel. On peut réaliser un boîtier ne comportant pas d'ouvertures dans la paroi inférieure si cet effet différentiel n'est pas souhaité. Une membrane 6 est pincée entre le corps du boîtier 1 et un couvercle 7 fixé au corps du boîtier 1 par tout moyen approprié, par exemple par collage. Le couvercle 7 est égale¬ ment percé d'ouvertures 8 laissant passer les vibrations. Une fibre optique 9 s'étend axialement dans le conduit radial 3 et a une extrémité extérieure au boîtier reliée à un organe d'émission de lumière 10, par exemple une photodiode. L'extrémité de la fibre optique 9 opposée à l'organe d'émis¬ sion de lumière débouche dans le conduit 3 en regard d'une lentille 11 destinée à transformer le faisceau divergent issu de l'extrémité adjacente de la fibre optique 9 en un faisceau parallèle. La lentille 11 est par exemple une lentille cylindrique ayant un axe de révolution perpendiculaire à l'axe longitudinal du canal 3 ou, de préférence, une lentille sphérique. La cavité 2 du capteur est ainsi traversée par un faisceau lumineux cylindrique 12 symbolisé par des pointillés fins sur la figure. Une lentille 13, de préférence une lentille également sphérique, est disposée dans le conduit 4 en regard de la lentille 11 pour concentrer le faisceau lumineux 12 sur l'extrémité d'une fibre optique réceptrice 14 dont l'extrémité opposée est reliée à un récepteur 15, par exemple un transducteur optoélectronique tel qu'un photo- transistor. Les conduits 3 et 4 sont disposés pour que la membrane 6 soit adjacente au trajet lumineux 12 et s'étende généralement de façon parallèle au faisceau lumineux 12.

La membrane 6 comporte une partie centrale 16 ayant un relief en tronc de cône dont 1 ' axe de symétrie est perpendiculaire à une direction longitudinale du faisceau

lumineux 12. L' extrémité la plus étroite de la partie en relief 16 est tournée vers le faisceau lumineux 12 et s'étend partiellement dans celui-ci lorsque la membrane 6 est au repos. De préférence, l'extrémité la plus étroite du relief 16 coïncide avec l'axe du faisceau lumineux 12 pour une position au repos de la membrane 6. La surface de la partie conique 16 qui est tournée vers le faisceau lumineux est de préférence revêtue d'une couche absorbante pour la lumière utilisée, par exemple d'une couche de noir de carbone. La fibre optique 9 constitue ainsi un organe d'entrée de lumière et une partie de la lumière transportée par le faisceau lumineux 12 est absorbée par la partie conique 16 de la membrane 6 de sorte que l'organe de sortie de lumière constitué par la fibre optique réceptrice 14 reçoit seulement une partie de la quantité de lumière émise par 1 ' émetteur de lumière 10. La quantité de lumière reçue par le récepteur 15 est donc proportionnée à 1 ' engagement de la partie conique 16 dans le faisceau lumineux 12. Lors des déformations de la membrane 6 sous l'effet des vibrations, par exemple les ondes sonores émises autour du capteur, la partie centrale conique se déplace dans le faisceau lumineux 12 et absorbe une quantité de lumière variable de sorte que le signal lumineux reçu par le récepteur 15 est représentatif des vibrations auxquelles le capteur est soumis. En référence à la figure 2, celle-ci illustre une variante de réalisation du microphone selon 1' invention qui est cette fois réalisé de façon intégrée, le support 1 étant une plaque de silicium dans laquelle deux fentes 18 sont découpées par micro usinage pour délimiter une lame formant la membrane 6. Un guide d'onde d'émission de lumière 19 est réalisé sur la surface de la plaque 17, par exemple sous forme d'un dépôt d'une couche mince d'oxyde, et un guide d'onde de réception de lumière 20 est réalisé de la même façon avec son extrémité en regard de 1 ' extrémité du guide d'onde d'émission.

Le guide d'onde d'émission 19 est relié à une fibre optique d'entrée 9 et le guide de réception de lumière 20 est: relié à une fibre optique réceptrice 14. Comme dans le cas de la figure 1, les fibres optiques 9 et 14 sont respectivement reliées à un émetteur de lumière et à un récepteur, non représentés ^' .

Dans le mode de réalisation représenté le capteur comporte un quide d'onde 21 porté par la membrane 6 et dont les extrémités sont en regard des extrémités des guides d'ondes 19 et 20. Une telle disposition permet d'éviter une dispersion de la lumière entre les extrémités des guides d'ondes 19 et 20 et améliore donc le rendement du capteur. En outre la face de la membrane 6 qui porte le guide d'onde 21 est légèrement creusée de sorte que pour une position de repos de la membrane le guide d'onde 21 est décalé par rapport aux extrémités des guides d'ondes 19 et 20.

Bien entendu 1 ' invention n ' est pas limitée aux modes de réalisation décrits et on peut y apporter des variantes de réalisation sans sortir du cadre de 1 ' invention tel que défini par les revendications.

En particulier, on peut remplacer la partie centrale conique 16 du premier mode de réalisation par une partie en relief ne présentant pas une symétrie axiale, par exemple par un relief en V dont l'arête s'étend transversale- ment à l'axe longitudinal du faisceau lumineux 12.

Par ailleurs, la fibre optique d'entrée 9 et la fibre optique de sortie 14 sont de préférence accolées au boîtier et regroupées selon un câble optique relié à un poste comportant l'organe d'émission de lumière 10 et l'organe récepteur 15.

Bien entendu le boîtier 1 peut également avoir toute forme appropriée à l'usage que l'on souhaite faire du capteur selon l'invention.

Dans le second mode de réalisation on peut suppri- mer le quide d'onde 21 en particulier dans le cas où la

membrane 6 a une largeur très faible et ou les guides d'ondes 19-et 20 ont une très faible ouverture numérique. Dans ce cas la partie en saillie est simplement constituée par le bord de la membrane qui vient, interférer avec le faisceau. On peut par ailleurs prévoir une membrane qui n 'interfère pas avec le faisceau en position de repos. Dans le cas de la figure 2 on peut également prévoir de réaliser la membrane 6 en découpant la plaque sur trois côtés et de charger la lame ainsi réalisée en fonction de l'utilisation prévue pour le capteur.