TITRE : Système de mesure optique d’un niveau de liquide

DOMAINE TECHNIQUE

[0001] Le domaine technique est celui de la mesure d’un niveau de liquide, en particulier dans un réservoir de véhicule.

ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE

[0002] On connait différents types de capteurs de niveau de liquide, basés par exemple sur une mesure par radar, par ultrasons, par effet capacitif, ou encore basés sur une mesure de pression ou sur le déplacement d’un flotteur.

[0003] Mais un capteur par mesure radar ou par effet capacitif, par exemple, est peu adapté aux environnements électromagnétiques sévères, susceptibles d’être soumis à des perturbations électromagnétiques. Et un capteur à flotteur ou par mesure de pression peut s’avérer peu adapté dans un véhicule soumis à de fortes accélérations, tel qu’un aéronef, par exemple.

[0004] Plus généralement, le fonctionnement des capteurs mentionnés ci-dessus est perturbé lorsque le réservoir contenant le liquide est situé dans un environnement sévère, soumis à des températures élevées, à des perturbations électromagnétiques et/ou à des vibrations mécaniques.

[0005] Enfin, les types de capteurs mentionnés ci-dessus conduisent généralement à des indications faussées dans le cas de réservoirs de véhicules dont l’inclinaison varie. Il est bien connu par exemple que la plupart des capteurs de niveau de carburant de voiture fournissent un résultat erroné lorsque la voiture considérée gravit une forte pente.

RESUME

[0006] Dans ce contexte, la présente technologie concerne un système de mesure optique d’un niveau de liquide, par temps de vol d’impulsions lumineuses, le système comprenant une ou plusieurs sources de lumière, un ou plusieurs détecteurs de lumière, ainsi qu’une tête opto-mécanique, qui sert de tête de mesure et qui a la particularité d’être déportée, distante de la source ou des sources, et du détecteur ou des détecteurs, la tête étant reliée à ceux-ci par un dispositif de liaison par fibres optiques.

[0007] La tête de mesure, à monter sur le réservoir de liquide peut donc être passive, sans électronique (l‘électronique, notamment d’émission et détection de lumière, étant déportée ailleurs), ce qui permet de réaliser des mesures fiables même si l’environnement du réservoir est sévère (température élevée, vibrations, perturbations électromagnétiques). Par ailleurs, comme la liaison entre la tête déportée et le reste du système est une liaison par fibres optiques, on peut éloigner librement la tête du reste du système sans introduire de bruit ou de parasites électroniques supplémentaires.

[0008] Ce système de mesure a par ailleurs la particularité d’être configuré pour permettre une mesure de distance entre : la tête d’une part, et un point (ou une zone) donné de la surface libre du liquide d’autre part, et cela pour au moins trois points différents de cette surface libre. Ces trois mesures de distance permettent de déterminer à la fois une position (typiquement une altitude) de cette surface, et une inclinaison de cette surface (cette inclinaison étant caractérisée typiquement par deux angles d’inclinaison, par exemple un angle d’inclinaison avant-arrière, et un angle d’inclinaison gauche-droite).

[0009] Cette mesure de distance en au moins trois points différents permet une caractérisation du niveau de liquide à la fois en termes de position et d’inclinaison, alors que les capteurs de niveau de l’art antérieur mentionnés plus haut fournissent seulement une indication de position moyenne de cette surface libre. Déterminer à la fois la position et l’inclinaison de la surface libre du liquide est particulièrement utile pour un réservoir d’aéronef (réservoir de carburant, ou de collection de lubrifiant, par exemple), dont l’inclinaison est susceptible de varier fortement, à la fois en termes de roulis et de tangage.

[0010] Ces différentes caractéristiques rendent le système particulièrement bien adapté à une mesure de niveau de liquide dans un réservoir de véhicule, par exemple un réservoir d’aéronef, soumis à la fois à un environnement sévère et à des variations d’inclinaison.

[0011] La tête opto-mécanique de ce système de mesure comprend au moins trois collimateurs distincts associés optiquement à trois fibres optiques distinctes du dispositif de liaison, les trois fibres étant reliées à la source ou aux sources de lumière; ou étant reliées au détecteur ou détecteurs de lumière.

[0012] Cet agencement à trois collimateurs permet : d’émettre de la lumière (provenant des trois fibres en question) depuis trois positions différentes (i.e. : depuis les trois collimateurs, distincts), et optionnellement dans trois directions différentes, permettant ainsi de réaliser les trois mesures de distance en question, ou de collecter (et coupler dans les trois fibres en question) de la lumière, en trois positions différentes (i.e. : au niveau des trois collimateurs en question, distincts) et, optionnellement, provenant de trois directions différentes, permettant ainsi de réaliser les trois mesures de distance en question.

[0013] Par collimateur, on entend un système optique qui comprend au moins une lentille, et qui est globalement convergent (vergence globale positive, pour ce système optique). Chaque collimateur réduit ainsi la divergence du faisceau lumineux qui le traverse, ou, en d’autres termes, rend ce faisceau plus convergent. En particulier, chaque collimateur peut être configuré pour produire un faisceau lumineux collimaté (c’est-à-dire un faisceau de rayons parallèles), ou partiellement collimaté, à partir du faisceau lumineux divergent qui sort de la fibre optique correspondante. Inversement, chaque collimateur peut être configuré (en termes de vergence et de distance à la fibre) pour coupler, dans la fibre à laquelle il est associé, un faisceau lumineux incident, par exemple un faisceau incident parallèle ou sensiblement parallèle.

[0014] Outre les caractéristiques mentionnées ci-dessus, le système qui vient d’être présenté peut comporter une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles suivantes, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement envisageables : les trois collimateurs sont agencées de manière à émettre la lumière provenant des trois fibres dans trois directions distinctes ; ou pour collecter et coupler dans les trois fibres de la lumière provenant respectivement de trois directions distinctes ; le dispositif de liaison comprend un dispositif de couplage optique ayant, d’un côté, au moins trois ports de connexion, connectés respectivement aux trois fibres optiques, et, d’un autre côté, un port commun, chaque port de connexion étant couplé optiquement à ce même port commun, le système comportant une seule source de lumière reliée à ce port commun, ou comportant un seul détecteur de lumière relié à ce port commun ; le dispositif de couplage optique comprend un coupleur fibré 1 vers N avec N supérieur ou égal à 3, et les trois fibres optiques ont des longueurs différentes, une différence de temps entre les temps de parcours respectifs de la lumière dans deux quelconques de ces trois fibres étant supérieure ou égale à une durée desdites impulsions lumineuses ; le dispositif de couplage optique comprend un commutateur électro-optique configuré pour coupler sélectivement ledit port commun à l’un desdits ports de connexion, sélectionné parmi lesdits ports de connexion en fonction d’un signal électrique de commande dudit commutateur ; les trois fibres optiques sont des fibres aller, reliées chacune à la source ou à l’une des sources de lumière, et le dispositif de liaison comprend au moins trois fibres optiques supplémentaires, retour, associées respectivement aux trois fibres aller et reliées chacune au détecteur ou à l’un des détecteurs ; chacun desdits collimateurs, associé optiquement à l’une des fibres aller, est aussi associé optiquement à l’une des fibres retour, le collimateur étant commun à ladite fibre aller et à ladite fibre retour ; les trois fibres optiques sont appelées fibres optiques de pointage, et le dispositif de liaison comprend une fibre optique supplémentaire, dite fibre commune, un champ de collection ou d’émission de la fibre commune couvrant, pour chaque fibre optique de pointage, une partie au moins d’un champ d’émission ou de collection de la fibre de pointage considérée ; la tête opto-mécanique comprend, pour l’un au moins des collimateurs, un conduit situé dans le prolongement du collimateur, à l’opposé de la fibre optique associée au collimateur, le conduit étant au moins aussi profond que large ; le système comprend une unité électronique, reliée au détecteur ou aux détecteurs de lumière, et configurée pour déterminer : une position et une inclinaison d’un niveau de liquide, ou une donnée représentative d’un volume de liquide présent dans un réservoir, à partir de signaux électriques délivrés par le ou les détecteurs de lumière lors de la réception d’impulsions lumineuses, reçues par le ou les détecteur en réponse à l’émission d’une ou plusieurs impulsions lumineuses par la ou les sources de lumière.

[0015] La présente technologie concerne également un véhicule, par exemple de type aéronef, comprenant un réservoir pour liquide et comprenant un système de mesure de niveau de liquide tel que décrit ci-dessus, la tête opto-mécanique du système de mesure étant montée sur une paroi du réservoir.

[0016] La présente technologie concerne aussi une méthode de mesure d’un niveau de liquide, mise en œuvre au moyen d’un système de mesure tel que décrit ci- dessus, la méthode comprenant au moins trois mesures de temps de vol, pour trois impulsions lumineuses, émises ou collectées par lesdits trois collimateurs, les trois impulsions se réfléchissant sur une surface libre du liquide, en trois points distincts de cette surface libre.

[0017] La présente technologie et ses différentes applications seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent.

BREVE DESCRIPTION DES FIGURES

[0018] Les figures sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif.

[0019] [Fig. 1] représente schématiquement, de manière générique, un système de mesure optique d’un niveau de liquide.

[0020] [Fig. 2] représente schématiquement un premier mode de réalisation d’un tel système de mesure.

[0021] [Fig. 3] représente schématiquement un deuxième mode de réalisation d’un tel système de mesure.

[0022] [Fig. 4] représente schématiquement un troisième mode de réalisation d’un tel système de mesure. [0023] [Fig. 5] représente schématiquement une tête opto-mécanique du système de la figure 2, vue en perspective.

[0024] [Fig. 6] est une vue schématique partielle montrant un couple de fibres montées sur la tête opto-mécanique de la figure 5.

[0025] [Fig. 7] représente schématiquement et partiellement une variante de la tête opto-mécanique de la figure 5.

[0026] [Fig. 8] représente schématiquement une autre variante de la tête opto- mécanique de la figure 5.

[0027] [Fig. 9] est une vue schématique partielle montrant comment agencer une fibre optique composite double-clad sur la tête opto-mécanique de la figure 8.

[0028] [Fig. 10] représente schématiquement un faisceau de fibres optiques composite pouvant équiper le système de la figure 2.

[0029] [Fig. 11] représente schématiquement un faisceau multi-fibres pouvant équiper le système de la figure 2.

[0030] [Fig. 12] représente schématiquement un quatrième mode de réalisation d’un système de mesure d’un niveau de liquide.

[0031] [Fig. 13] représente schématiquement un coupleur optique fibré pouvant équiper le système de la figure 12.

[0032] [Fig. 14] représente schématiquement un commutateur électro-optique pouvant équiper le système de la figure 12.

[0033] [Fig. 15] représente schématiquement un cinquième mode de réalisation d’un système de mesure d’un niveau de liquide.

DESCRIPTION DETAILLEE

[0034] La figure 1 représente de manière générique, synoptique, un système 10 de mesure optique d’un niveau de liquide conforme à la présente technologie. Un tel système 10 permet de mesurer le niveau d’un liquide 8 par temps de vol d’impulsions lumineuses. Comme indiqué en préambule, il comprend : une ou plusieurs sources de lumière, 20, un ou plusieurs détecteurs de lumière, 30 une tête opto-mécanique 60, qui sert de tête de mesure et qui a la particularité d’être déportée, distante de la source ou des sources et du détecteur ou des détecteurs, la tête étant reliée à ceux-ci par un dispositif de liaison par fibres optiques, 50.

[0035] Ce système a par ailleurs la particularité de permettre une mesure de distance entre : la tête 60 d’une part, et un point (ou une zone) donné de la surface libre 9 du liquide 8 d’autre part, et cela pour au moins trois points différents de cette surface libre 9. Ces trois mesures de distance (ou plus) permettent de déterminer à la fois une position (typiquement une altitude) de cette surface 9, et une inclinaison de cette surface, cette inclinaison étant caractérisée typiquement par deux angles d’inclinaison (par exemple un angle d’inclinaison avant-arrière, et un angle d’inclinaison gauche-droite).

[0036] Comme expliqué dans la partie « résumé », un tel système est particulièrement bien adapté à une mesure de niveau de liquide dans un réservoir de véhicule (réservoir de carburant, ou de collection de lubrifiant, par exemple), par exemple un réservoir d’aéronef, soumis à la fois à un environnement sévère et à des variations d’inclinaison substantielles.

[0037] Afin de réaliser cette mesure de distance pour au moins trois points (ou trois zones) distincts de la surface libre du liquide, la tête opto-mécanique 60 est pourvue d’au moins trois collimateurs distincts, associés optiquement à trois fibres optiques distinctes du dispositif de liaison, ces trois fibres étant reliées à la source ou aux sources de lumière 20, ou étant reliées au détecteur ou détecteurs de lumière 30.

[0038] Cet agencement à trois collimateurs permet : d’émettre de la lumière (provenant des trois fibres en question) depuis trois positions différentes (i.e. : depuis les trois collimateurs, distincts), et optionnellement dans trois directions différentes, permettant ainsi de réaliser les trois mesures de distance en question, ou de collecter (et coupler dans les trois fibres en question) de la lumière, en trois positions différentes (i.e. : au niveau des trois collimateurs en question, distincts) et, optionnellement, provenant de trois directions différentes, permettant ainsi de réaliser ces trois mesures distinctes de distance. [0039] Les trois collimateurs en question peuvent ainsi être agencés, de manière optionnelle, de manière à émettre la lumière provenant des trois fibres optiques dans trois directions distinctes ; ou pour collecter et coupler dans les trois fibres la lumière provenant respectivement de trois directions distinctes (comme dans le cas de la figure 8 par exemple). Les trois collimateurs peuvent, comme ici, être solidaires les uns des autres. La tête comprend ici un support mécanique, sur lequel sont montés les collimateurs. La tête peut comprendre un ou des organes pour fixer la tête sur une paroi d’un réservoir, tels qu’une collerette, une bride ou une rainure de fixation, ou des trous taraudés ou lisses.

[0040] Cinq modes de réalisation différents d’un tel système de mesure, numérotés respectivement 1 , 2, 3, 4 et 5, sont représentés schématiquement, respectivement sur les figures 2, 3, 4, 12 et 15.

[0041] Pour les modes de réalisation 1 à 3 (figure 2 à 4), chacune des trois fibres optiques mentionnées plus haut est couplée à une autre fibre optique, l’une servant pour amener la lumière jusqu’à la tête opto-mécanique (fibre aller), et l’autre servant à récupérer la lumière rétroréfléchie par la surface libre 9 du liquide (fibre retour). Le dispositif de liaison 150 ; 250 ; 350 comprend ainsi trois fibres aller, 51 , 52, 53 et trois fibres retour 54, 55, 56, dans ces trois modes de réalisation.

[0042] On notera que, pour chaque couple de fibres aller et retour (par exemple le couple de fibres 51 et 54), les deux fibres, aller et retour, ne forment pas nécessairement deux cordons distincts. La fibre aller et la fibre retour peuvent par exemple être entrelacées l’une avec l’autre et former ensemble un même cordon (multifibres). La fibre aller et la fibre retour peuvent aussi être imbriquées directement l’une dans l’autre (figures 8 à 10), l’une formant le cœur, et l’autre formant une gaine (typiquement multimode) d’une sorte de fibre optique composite à double gaine (« double-clad » en anglais). Plus généralement, l’expression « fibre aller », et « fibre retour >> désigne ici un guide optique (éventuellement lui-même composite), c’est-à- dire une structure apte à guider la lumière pour la transmettre en un point distant, le guide correspondant à la fibre aller, et le guide correspondant à la fibre retour étant généralement distincts l’un de l’autre (bien qu’éventuellement entrelacés, ou imbriqués, ou simplement parallèles l’un à l’autre, au sein d’un même cordon). Dans certaines variantes, ce guide aller et ce guide retour pourraient toutefois être confondus, et prendre la forme d’une fibre optique unique à cœur large. [0043] Les figures 5 et 6 montrent plus en détail la tête opto-mécanique, 160, du système 1 ; 2 ; 3 selon ces trois premiers modes de réalisation. Les figures 7 à 8 montrent des variantes, 160’ ; 160” de cette tête-optomécanique, pouvant être employées à la place de la tête 160.

[0044] Pour ce qui est maintenant des modes de réalisation 4 et 5 (figures 12 et 15), le dispositif de liaison 450 ; 550 du système 4 ; 5 comprend : les trois fibres optiques mentionnées plus haut, associées optiquement aux trois collimateurs en question, appelées aussi fibres optiques de pointage, ainsi qu’une fibre optique supplémentaire, appelée fibre commune (il s’agit de la fibre 51 , sur la figure 12 ; et de la fibre 54, sur la figure 15), la lumière servant à réaliser les trois mesures de distance en question étant soit amenée par cette même fibre optique commune, et cela pour les trois mesures (cas de la figure 12), soit collectée dans cette même fibre commune, et cela pour les trois mesures (cas de la figure 15).

[0045] Ainsi, dans les modes de réalisation 4 et 5, le dispositif de liaison par fibres optiques, 450 ; 550, comprend : une seule fibre aller, 51 , et trois fibres retour 54, 55, 56, (cas de la figure 12) ; ou trois fibres aller 51 , 52, 53, de pointage, et une seule fibre retour, 54 (cas de la figure 15).

[0046] Malgré ces différences, ces cinq modes de réalisation présentent de nombreux éléments et caractéristiques communs. Aussi, d’un mode de réalisation à l’autre, les éléments identiques ou correspondant seront autant que possible repérés par les mêmes numéros de référence, et ne seront pas nécessairement décrits à chaque fois. Ces différents modes de réalisation sont maintenant décrits plus en détail, l’un après l’autre.

[0047] Dans le premier mode de réalisation, le système 1 comprend trois interrogateurs distincts, 111 , 112, 113, un pour chaque couple de fibres optiques aller et retour (couple de fibres 51 et 54, couple de fibres 52, 55, et couple de fibres 53, 56). Chaque interrogateur, 111 , 112, 113, comprend une source de lumière, 21 , 22, 23, et un détecteur de lumière (par exemple une photodiode), 31 , 32, 33.

[0048] Chaque source 21 , 22, 23 est apte à émettre une impulsion lumineuse, par exemple dans le domaine du visible ou du proche infrarouge. La durée de l’impulsion en question est par exemple inférieure à 300 ns, voire inférieure à 50 ns ou même à 20 ns. La source peut être un laser, typiquement à semi-conducteur, ou une diode électroluminescente.

[0049] Pour le couple de fibres 51 et 54, la fibre aller 51 achemine l’impulsion produite par la source 21 jusqu’au collimateur 161 (figure 5), pour l’émettre vers la surface libre 9 du liquide 8, tandis que la fibre retour associée, 54, collecte une partie au moins de cette impulsion, après qu’elle ait été rétroréfléchie par la surface libre 9, pour l’amener jusqu’au détecteur 31 , permettant ainsi une mesure de distance en un premier point de la surface libre 9. De la même manière, la fibre aller 52 connecte la source 22 à la tête 160 tandis que la fibre retour associée, 55, connecte la tête 160 au détecteur 32. Et la fibre aller 53 connecte la source 23 à la tête 160 tandis que la fibre retour associée, 56, connecte la tête 160 au détecteur 33.

[0050] La fibre aller 51 et la fibre retour 54 sont associées l’une à l’autre, en ce sens que la majeure partie de la lumière collectée par la fibre 54 provient de la fibre aller correspondante, 51 (et non des autres fibres aller 52, 53). Il en est de même pour les autres couples de fibres aller et retour. Ce couplage, sélectif, entre la fibre aller et la fibre retour de chaque couple est dû notamment à la répartition des fibres optiques sur la tête 160. En effet, les deux fibres, aller et retour, de chaque couple de fibres sont situées à chaque fois à proximité l’une de l’autre, sur la tête opto-mécanique, et à distance des autres fibres optiques (les deux fibres d’un même couple étant par exemple séparée par une distance inférieure à un tiers, ou même inférieure à un dixième de la distance qui sépare les différents couples de fibres, sur la tête). Par ailleurs, dans l’espace situé entre la tête et le liquide, la lumière émise par la fibre aller, et collectée par la fibre retour correspondante se propagent toutes deux dans la même direction moyenne, ou, tout au moins, substantiellement dans la même direction moyenne (c’est-à-dire par exemple avec un écart angulaire inférieur à 30 degrés). Un champ d’émission de la fibre aller (zone couverte par la lumière issue de cette fibre) et un champ de collection de la fibre retour correspondante se superpose, en majeure partie l’un avec l’autre (mais non avec les champs d’émission des autres fibres aller).

[0051] Dans ce premier mode de réalisation, pour chaque couple de fibres aller et retour (par exemple pour le couple de fibres 51 et 54), la fibre aller, et la fibre retour forment deux cordons distincts (voir les figures 5 et 6). Le dispositif de liaison 150 comprend ainsi six cordons (intégrant chacun l’une de ces six fibres optiques). Par ailleurs, dans ce mode de réalisation chaque fibre optique, 51 , 52, 53, 54, 55, 56, est associée optiquement à un collimateur qui lui est propre, 161 , 162, 163, 164, 165, 166 (figures 5 et 6).

[0052] La tête opto-mécanique, 160, comprend un support mécanique 170, réalisé par exemple sous la forme d’une pièce monobloc (d’un seul tenant), auquel sont fixés les collimateurs. Les fibres optiques 51 à 56 sont également solidaires du support mécanique 170, soit parce qu’elles sont fixées aux collimateurs (par exemple grâce à une férule pour fixation de fibre-optique, dont est pourvu le collimateur), soit parce qu’elles sont fixées directement au support mécanique 170.

[0053] Les trois couples de fibres aller et retour peuvent, comme ici, être disposés respectivement aux trois sommets d’un triangle, en l’occurrence équilatéral. D’autres agencements sont néanmoins envisageables (par exemple aux sommets d’un triangle rectangle, ou en ligne mais avec des directions d’émission différentes).

[0054] Chaque collimateur 161 - 166 est situé au fond d’un conduit qui est situé dans le prolongement du collimateur considéré, à l’opposé de la fibre optique associée au collimateur. Ce conduit favorise une émission, ou, respectivement, une collection de lumière sélective sur le plan angulaire. A titre d’exemple, cela évite que de la lumière, issue des fibres aller 52 et 53, ne pénètre dans la fibre retour 54 du couple 51 -54, après réflexion sur la surface du liquide (ou, tout au moins, cela limite cet effet, qui correspondrait à une sorte de « crosstalk » entre les différentes voies aller-retour).

[0055] Ici, pour chaque couple de fibres aller et retour, les deux collimateurs correspondants (par exemple les collimateurs 161 et 164) sont situés au fond du même conduit (conduit 167, pour les deux collimateurs 161 et 164). La tête opto-mécanique comprend ainsi trois conduits, 167, 168, 169, ici. En variante, chaque collimateur pourrait toutefois être situé au fond d’un conduit qui lui soit propre (avec un conduit par collimateur). Comme représenté sur la figure 5, les conduits en question, 167, 168, 169, correspondent ici aux conduits intérieurs de trois éléments qui s’étendent en saillie par rapport au corps du support mécanique 170. Ces trois éléments en saillie sont des portions de tube, ici. En variante, la tête pourrait toutefois être dépourvue de tels éléments en saillie, les conduits en question étant alors des trous pratiqués directement dans le corps du support mécanique. Quoiqu’il en soit, chacun de ces conduits 167, 168, 169 est au moins aussi profond que large. Par profondeur, on désigne la distance, dans ce conduit, entre, d’une part, une surface externe d’une lentille frontale du collimateur considéré (surface située à l’opposé de la fibre), et, d’autre part, une ouverture de sortie du conduit. Par largeur on désigne la largeur de l’ouverture de sortie. Le caractère plus profond que large de chacun de ces conduits contribue à la directivité de l’émission et de la collection de lumière, pour chacune des voies de mesure.

[0056] Comme déjà indiqué, les figures 7 et 8 montrent deux variantes, 160’ et 160” de la tête opto-mécanique du système 1 de la figure 2.

[0057] Pour ces deux variantes, pour chaque couple de fibres aller et retour, la fibre aller et la fibre retour sont toutes deux associées optiquement au même collimateur.

[0058] Dans le cas de la figure 7, par exemple, le même collimateur 161 ’ met en forme le faisceau issu de la fibre aller 51 , et couple dans la fibre retour correspondante, 54, la lumière reçue en retour, après réflexion sur la surface libre du liquide. Dans la variante 160’ de la figure 7, les deux fibres aller et retour de chaque couple forment deux cordons distincts, montés côte à côte sur le support mécanique 170’ de la tête (ces deux cordons étant par exemple engagés tous deux dans un même orifice du support).

[0059] Dans le cas de la figure 8, les fibres aller et retour de chaque couple sont en revanche imbriquées l’une avec l’autre, l’une formant le cœur, et l’autre formant une gaine (typiquement multimode) de ce faisceau de deux fibres coaxiales (faisceau qui forme une fibre optique composite de type « double clad »). Les trois collimateurs 161 ”, 162” et 163” de la tête 160” sont couplées optiquement, respectivement au faisceau de fibres regroupant les fibres 51 et 54, au faisceau regroupant les fibres 52 et 55, et au faisceau regroupant les fibres 53 et 56. Pour chacun de ces faisceaux de fibres, la fibre aller 51 , 52, 53.

[0060] Les trois collimateurs 161 ”, 162”, 163” sont centrés chacun sur un axe, X1 , X2, X3, qui coïncide avec l’axe de la fibre aller 51 , 52, 53 du faisceau de fibres correspondant. Les trois collimateurs (ainsi d’ailleurs que les trois faisceaux de fibres), sont montés sur le support mécanique 170” de la tête avec leur trois axes X1 , X2, X3 inclinés les uns par rapport aux autres. La lumière provenant des trois fibres aller 51 , 52 et 53 est émises par ces trois collimateurs 161 ”, 162”, 163” dans trois directions distinctes. [0061] La figure 10 représente schématiquement un exemple de cordon optique composite, incluant un coupleur en X, pouvant être employé pour connecter la tête 160” à la source 21 et au détecteur 31 . Ce cordon présente deux ports A et B à une extrémité, et deux parts S et R à l’opposé, ces quatre ports étant reliés ensemble par le coupleur en X. Ce cordon composite comprend, sur ces différents tronçons (sur les quatre branches du X) un guide optique, large (typiquement plusieurs dizaines ou même centaines de microns, ou plus), multimode. Dans la partie du cordon qui s’étend du port A jusqu’au port S (en passant par le coupleur en X), une fibre optique de plus petit diamètre, par exemple monomode est intégrée au cordon, au cœur de celui-ci. Le port S peut être monté en vis-à-vis du collimateur 161 ”, par exemple à proximité du foyer objet du collimateur, tandis que le porte A est monté en vis-à-vis de la source 21 , de sorte que l’impulsion émise par la source 21 soit couplée dans la fibre de cœur 51 de ce cordon composite, et ainsi acheminée jusqu’au port S, pour être ensuite émise par le collimateur 161 ”. Quant à la lumière collectée par le collimateur 161 ”, elle est couplée, au niveau du port S, dans la gaine qui entoure la fibre de cœur 51 (gaine qui forme la fibre retour 54, et qui est d’ailleurs entourée elle-même par une autre gaine, externe, permettant de maintenir la lumière confinée dans la gaine 54, d’où le nom « double clad » habituellement employé pour désigner cette structure). Le caractère multimode de la « fibre » formée par cette gaine facilite d’ailleurs ce couplage, et permet de récupérer, dans la fibre 54, une fraction importante de la lumière collectée par le collimateur 161 ”. Au niveau du coupleur en X, la lumière retour, qui circule dans la fibre retour 54, est répartie, en partie vers le port A, et en partie vers le port B. Une partie de la lumière retour, correspondant par exemple à 50% ou plus de la puissance lumineuse couplée dans la fibre retour 54, est ainsi dirigée vers le port B, et donc vers le détecteur 31. Quant au port R, il est inutilisé, ici.

[0062] Le cordon composite de la figure 10 permet de séparer de manière commode la lumière aller et la lumière retour, pour la voie de mesure considérée, car le séparateur, en l’occurrence le coupleur en X, est fibré, intégré directement au cordon.

[0063] En variante, la séparation entre la lumière aller et la lumière retour pourrait toutefois être réalisée hors du cordon lui-même, par exemple au moyen d’une lame semi-réfléchissante, ou d’un cube ou prisme séparateur de faisceaux. Dans ce cas, les fibres aller et retour 51 et 54, imbriquées l’une dans l’autre, forment une même fibre composite de type « double-clad » (double gaine), qui s’étend depuis la tête opto- mécanique jusqu’à l’interrogateur, la séparation entre la voie aller et la voie retour étant réalisée dans l’interrogateur, au moyen de la lame ou du cube ou prisme en question, interposé entre la source et une face d’entrée de la fibre composite regroupant les fibres aller et retour 51 ,54.

[0064] En variante encore, les fibres optiques composites de type « double-clad » de la figure 8 pourraient d’ailleurs être remplacées chacune par une fibre optique classique, à gaine simple, comprenant un cœur de grand diamètre (quelques dizaines ou centaines de microns, ou plus) entourée par une gaine permettant de maintenir la lumière confinée dans le cœur. Dans ce cas, la lumière aller et la lumière retour circulent dans la même fibre optique, et sont séparées, au niveau de l’interrogateur, au moyen d’un élément séparateur tel que mentionné ci-dessus (coupleur, lame, cube ou prisme par exemple).

[0065] Selon une autre variante, chaque couple de fibres aller et retour pourrait prendre la forme d’un faisceau multifibres, tel que celui représenté sur la figure 11 , avec : plusieurs fibres individuelles pour la voie aller l’ensemble de ces fibres individuelles, qui forment une fibre optique composite, étant à nouveau appelé fibre optique aller 51 , ici), et plusieurs fibres individuelles pour la voie retour {l’ensemble de ces fibres individuelles étant à nouveau appelé fibre optique retour 54, ici).

[0066] Du côté du collimateur 161 ”, les fibres individuelles de la voie aller, et celles de la voie retour sont entrelacées les unes avec les autres, entremêlées les unes aux autres dans le même faisceau. En revanche, de l’autre côté (du côté de l’interrogateur), les fibres individuelles de la voie aller (au nombre de neuf, dans l’exemple de la figure 11 ), et les fibres individuelles de la voie retour (au nombre de dix, dans cet exemple) sont séparées en deux faisceaux distincts (deux cordons distincts), l’un connecté à la source 21 , et l’autre connecté au détecteur 31 . Les fibres individuelles mentionnées ci-dessus comprennent chacune un cœur, et une gaine pour confiner la lumière dans le cœur. Il peut s’agir de fibres monomode ou multimode.

[0067] Dans les différentes variantes de couples de fibres aller et retour présentées ci-dessus, les fibres optiques ont généralement un diamètre de cœur optique et une ouverture numérique élevés (sauf éventuellement pour le cœur monomode de la figure 10), par exemple 100 microns de diamètre ou plus, et 0,2 d’ouverture numérique ou plus, pour maximiser la puissance émise et collectée par la tête opto-mécanique. Cela concerne aussi les fibres optiques des autres modes de réalisation du système de mesure, 2 ; 3 ; 4 et 5.

[0068] Les différentes variantes de couples de fibres aller et retour présentées ci- dessus peuvent être employées à la place des couples 51 -54, 52-55 et 53-56 représentés sur la figure 8, pour connecter la tête 160” aux interrogateurs du système de mesure. Ces différentes variantes ont en commun d’être bien adaptées à la configuration de la tête 160”, dans laquelle le même collimateur 161 ”, 162”, 163” est associé optiquement à la fois la fibre aller et à la fibre retour correspondante, regroupées en un même faisceau.

[0069] Cette configuration, avec un seul collimateur par voie de mesure, permet de réduire le nombre de composants optiques du système (par rapport à la tête 160 de la figure 5 qui comprend six collimateurs, par exemple). Par ailleurs, grâce à cette configuration, le champ d’émission et le champ de collection correspondant respectivement à la fibre aller et la fibre retour se superposent largement l’un à l’autre, par construction. En effet, au niveau de la face de sortie des fibres aller et retour, en vis-à-vis du collimateur, ces fibres (ou ces faisceaux de fibres individuelles) présentent une zone d’émission de lumière et une zone de collection de lumière qui sont extrêmement proches l’une de l’autre, voire imbriquées ou même entremêlées l’une avec l’autre.

[0070] La structure d’ensemble du système de mesure 2 ; 3 ; 4 et 5 est décrite maintenant pour les autres modes de réalisation de ce système.

[0071] Comme déjà indiqué, le système de mesure 2 ; 3 selon le deuxième et troisième mode de réalisation comprend trois couples de fibres aller et retour, 51 -54, 52-55 et 53-56, comme pour le premier mode de réalisation. Les différentes variantes de la tête opto-mécanique 160 ; 160’ ; 160”, et les différents types de fibres ou faisceaux de fibres optiques présentés plus haut, lors de la description du premier mode de réalisation peuvent aussi être utilisés, de la même manière, dans ces deux modes de réalisation. [0072] Le système de mesure 2 selon le deuxième mode de réalisation diffère du premier mode de réalisation en ce qu’il comprend une seule source de lumière 21 (au lieu de trois), connectée aux trois fibres aller 51 , 52, 53 par un dispositif de couplage optique 251 . Pour le reste, les dispositifs de mesure 1 et 2 sont identiques, ou tout au moins similaires.

[0073] Le dispositif de couplage 251 a, d’un côté, un port commun 252, et, de l’autre, trois ports de connexion 253, 254, 255 connectés respectivement aux trois fibres optiques aller 51 , 52, 53. Dans le dispositif de couplage, chaque port de connexion 253, 254, 255 est couplé optiquement (mais pas nécessairement en permanence) à ce même port commun 252.

[0074] Le dispositif de couplage 251 peut par exemple être un coupleur fibré un vers trois (tel que le coupleur 351 de la figure 4). Un tel dispositif, passif, est robuste et peu coûteux.

[0075] Le dispositif de couplage 251 pourrait aussi être un commutateur électrooptique (un « switch >>) configuré pour coupler sélectivement le port commun 252 à l’un des ports de connexion, ce port étant sélectionné, parmi les ports de connexion 253, 254, 255, en fonction un signal électrique de commande du commutateur. Un tel dispositif est plus onéreux qu’un coupleur fibré, passif. En revanche, il permet de réaliser les trois mesures de distances mentionnées plus haut à trois instants différents, ce qui limite considérablement le cross-talk éventuel entre ces mesures.

[0076] Le système de mesure 2 comprend un seul interrogateur, 210 (au lieu de trois interrogateurs individuels), qui intègre la source 21 , les trois détecteurs 31 , 32, 33 et le dispositif de couplage 251 .

[0077] Le système de mesure 3 selon le troisième mode de réalisation diffère du premier mode de réalisation en ce qu’il comprend une seule source de lumière 21 (au lieu de trois), et un seul détecteur 31 (au lieu de trois). Pour le reste, les dispositifs de mesure 1 et 3 sont identiques, ou tout au moins similaires.

[0078] La source 21 est reliée aux trois fibres aller 51 , 52 et 53 par l’intermédiaire d’un coupleur fibré un vers trois, 351 , ayant un port commun 352 relié à la source 21 et trois ports de connexion 353, 354, 355 reliées respectivement aux fibres 51 , 52 et 53. [0079] Le détecteur 31 est relié lui aussi aux trois fibres retour 54, 55 et 56 par un coupleur fibré un vers trois, 356 (par exemple identique au coupleur 351 ), ayant un port commun 357 relié au détecteur 31 et trois ports de connexion 358, 359, 360 reliées respectivement aux fibres 54, 55 et 56. Le système de mesure 3 comprend un seul interrogateur 310 (au lieu de trois), cet interrogateur intégrant la source 21 , le détecteur 31 et les deux coupleurs fibrés 351 et 352.

[0080] Comme représenté schématiquement sur la figure 4, les trois fibres retour 54, 55 et 56 ont des longueurs différentes (tandis que les fibres aller ont la même longueur), une différence de temps Atpropag entre les temps de parcours respectifs de la lumière dans deux quelconques de ces trois fibres 54, 55, 56 étant supérieure ou égale à une durée Atpuise des impulsions lumineuses émises par la source 21 (voire supérieure à trois fois Atpuise). La durée Atpuise est par exemple la durée totale de l’impulsion, prise à mi-hauteur du maximum de puissance de cette impulsion.

[0081] Grâce à cette différence de longueurs, les trois impulsions lumineuses, qui permettent de réaliser les trois mesures de distance mentionnées plus haut, et qui sont acheminées respectivement par la fibre 54, par la fibre 55 et par la fibre 56, atteignent le détecteur 31 à des instants différents, sans se superposer temporellement l’une à l’autre. Dans le signal électrique délivré par le détecteur 31 , ces trois impulsions peuvent donc être distinguées l’une de l’autre, et les trois distances en question peuvent ainsi être mesurées indépendamment l’une de l’autre grâce à cette forme de multiplexage temporel. Cet agencement a l’avantage d’être passif, peu coûteux, et de ne nécessiter qu’une seule source et un seul détecteur.

[0082] En variante, les trois fibres retour 54, 55 et 56 pourraient avoir la même longueur, les différences de temps de parcours en question étant obtenues grâce des fibres aller 51 , 52, 53 de longueurs différentes. Plus généralement, c’est le temps de parcours total, pour parcourir à la fois la fibre aller et la fibre retour du couple considéré, qui varie d’un couple de fibres à l’autre (i.e. : d’une voie de mesure à l’autre). L’impulsion lumineuse initiale émise par la source 21 est divisée en trois impulsions par le coupleur 351 . Ces trois impulsions ont ensuite des temps de parcours total différents, pour parvenir jusqu’au détecteur commun 31 (du fait des différences de longueur totale entre couples de fibres), ce qui permet de les distinguer l’une de l’autre, dans le signal électrique délivré par ce détecteur. [0083] Dans une variante (non représentée) de ce troisième mode de réalisation, le coupleur fibré 351 pourrait être remplacé par un commutateur électro-optique (un « switch >>) tel que décrit plus haut. Dans ce cas, les différentes fibres aller 51 , 52, 53 peuvent avoir la même longueur, ainsi que les différentes fibres retour 54, 55, 56. Le système de mesure est alors configuré pour que la source 21 émette trois impulsions lumineuses successives, et le « switch » est commandé conjointement pour diriger la première impulsion vers la fibre 51 , puis pour diriger la deuxième impulsion vers la fibre 52, et enfin pour diriger la troisième impulsion vers la fibre 53. Ces trois impulsions, émises initialement à des dates différentes, atteignent donc le détecteur commun 31 à des instants différents même si les temps de parcours des trois voies de mesure sont identiques. Cette variante pourrait aussi être mise en œuvre en conservant le coupleur fibré 351 , et en remplaçant le coupleur fibré 356 par un tel switch (au lieu de l’inverse). Le pilotage conjoint de la source et du switch est par exemple réalisé par une unité électronique du système de mesure, configurée à cette fin.

[0084] Comme déjà indiqué, le système de mesure 4 ; 5 selon le quatrième et mode de réalisation diffère des trois premiers modes de réalisation en ce qu’il comprend trois fibres retour 54, 55, 56 et une seule fibre aller 51 (figure 12), ou une seule fibre retour 54 et trois fibres aller 51 , 52, 53 (figure 15), au lieu de trois couples de fibres aller et retour.

[0085] Le système de mesure 4 selon le quatrième mode de réalisation comprend un interrogateur 410 qui inclut une source de lumière, 21 , et un détecteur de lumière, 31. La fibre aller 51 , commune aux trois voies de mesure, est reliée d’une part à la source 21 , et d’autre part à la tête opto-mécanique 460. Sur cette tête, les trois fibres retour 54, 55, 56 (fibres de pointage) sont par exemple disposées aux trois sommets d’un triangle, par exemple équilatéral. La fibre aller 51 , commune, peut par exemple être placée au centre de ce triangle. Le champ d’émission de la fibre aller 51 (après traversée éventuelle d’un collimateur associée à cette fibre) est suffisamment large sur le plan angulaire pour qu’une partie de lumière émise par cette fibre atteigne les trois collimateurs couplés aux fibres retour 54, 55, 56, après réflexion sur la surface libre du liquide 8.

[0086] Les trois fibres retour 54, 55, 56 sont reliées chacune au même détecteur 31 par l’intermédiaire d’un dispositif de couplage 451 . Le dispositif de couplage 451 a, d’un côté, un port commun 452 relié au détecteur 31 , et, de l’autre, trois ports de connexion 453, 454, 455 connectés respectivement aux trois fibres optiques retour 54, 55, 56. Dans le dispositif de couplage 451 , chaque port de connexion est couplé optiquement (mais pas nécessairement en permanence) au port commun 452.

[0087] Dans ce mode de réalisation, le dispositif de liaison 450 est agencé de manière à ce que des impulsions lumineuses, collectées respectivement par les trois fibres retour 54, 55, 56, atteignent le détecteur commun 31 , à des instants différents.

[0088] Pour cela, le dispositif de couplage 451 peut par exemple être réalisé sous la forme d’un coupleur fibré trois vers un 451 A (figure 13), les trois fibres retour 54, 55, 56 ayant alors des longueurs différentes, de sorte que la différence de temps Atpropag entre les temps de parcours respectifs de la lumière dans deux quelconques de ces trois fibres soit supérieure ou égale à la durée Atpuise des impulsions lumineuses émises par la source 21 (voire supérieure à trois fois Atpuise).

[0089] Une impulsion initiale, émise par la source, est alors acheminée par la fibre aller 51 jusqu’à la tête 460. Une partie de cette impulsion se réfléchit sur un premier point (ou une première zone) de la surface libre 9 puis est collectée par la fibre retour 54, formant une première impulsion retour. De la même manière, les fibres retour 55 et 56 collectent deux autres impulsions retour, correspondant à des réflexions en deux autres points (ou deux autres zones) de la surface libre 9. Ces trois impulsions retour sont acheminées jusqu’au détecteur 31 , et atteignent le détecteur à des instants différents, grâce aux différences de longueurs entre fibres mentionnées ci-dessus.

[0090] Le dispositif de couplage 451 peut aussi être réalisé sous la forme d’un switch électro-optique commandable, 451 B (figure 14). Dans ce cas, les différentes fibres retour 54, 55, 56 peuvent avoir la même longueur. Le système de mesure est alors configuré pour que la source 21 émette trois impulsions lumineuses successives. Chacune de ces impulsions donne lieu, à chaque fois, à trois impulsions retour transportées respectivement dans les trois fibres retour. Le switch 451 B est alors commandé pour relier tout d’abord la fibre 53 au détecteur 31 afin de transmettre l’impulsion retour de la fibre 54 au détecteur (tandis que les deux autres impulsions retour, des fibres 55 et 56, sont inutilisées), puis relier ensuite la fibre 54 au détecteur 31 , et enfin pour relier la fibre 55 au détecteur. Cela permet de réaliser successivement une mesure de distance pour la voie de mesure 1 (fibre 54), puis pour la voie de mesure 2 (fibre 55), et enfin pour la voie de mesure 3 (fibre 56). Là aussi, le pilotage conjoint de la source et du switch peut être réalisé par une unité électronique du système de mesure, configurée à cette fin.

[0091] Le système de mesure 5 du cinquième mode de réalisation est comparable à celui du quatrième mode de réalisation, si ce n’est qu’il comprend une seule fibre retour 54 et trois fibres aller 51 , 52, 53 au lieu de l’inverse. Les trois fibres aller 51 , 52, 53 sont reliées à la même source, 21 , par le même dispositif de couplage 451 que celui présenté plus haut.

[0092] Les trois fibres aller 51 , 52, 53 sont disposés sur la tête 560 aux trois sommets d’un triangle, par exemple équilatéral. La fibre retour 54, commune aux trois voies de mesure, est par exemple située au centre de ce triangle. Le champ de collection de la fibre retour 54 (généralement pourvue d’un collimateur) est suffisamment large sur le plan angulaire pour collecter de la lumière à la fois de la fibre aller 51 , de la fibre aller 52 et de la fibre aller 53.

[0093] Le dispositif de liaison 550 est agencé de manière à ce que les impulsions lumineuses, émises respectivement par les trois fibres aller 51 , 52, 53 pour réaliser les trois mesures de distance, atteignent le détecteur 31 à des instants différents, sans se superposer temporellement l’une à l’autre.

[0094] Pour cela, le dispositif de couplage 451 peut, comme précédemment, être réalisé sous la forme du coupleur fibré trois vers un 451 A, les trois fibres aller 51 , 52, 53 ayant alors des longueurs différentes, de sorte que la différence de temps Atpropag entre les temps de parcours respectifs de la lumière dans deux quelconques de ces trois fibres soit supérieure ou égale à la durée Atpuise des impulsions lumineuses émises par la source 21 (voire supérieure à trois fois Atpuise). Ainsi, une impulsion initiale émise par la source 21 est divisée en trois impulsions par le coupleur fibré 451 A, ces trois impulsions cheminant respectivement dans la fibre 51 , 52 et 53, pour atteindre la tête 560 à trois instants successifs différents (du fait de cette différence de longueur), ce qui permet de réaliser les trois mesures de distances correspondantes indépendamment l’une de l’autre, même si le système comprend une seule fibre retour et un seul détecteur.

[0095] Le dispositif de couplage 451 peut, là aussi, être réalisé sous la forme du switch électro-optique commandable 451 B. Dans ce cas, la source lumineuse émet trois impulsions lumineuses successives, dirigées par le switch respectivement vers la fibre 51 , puis vers la fibre 52, et enfin vers la fibre 53.

[0096] Dans les différents modes de réalisation décrits ci-dessus, le système de mesure 1 ; 2 ; 3 ; 4 ; 5 peut comprendre au moins une unité électronique (non représentée), reliée au détecteur 31 ou détecteurs 31 , 32, 33 de lumière, et configurée pour déterminer: une position et une inclinaison de la surface libre 9 du liquide 8, ou pour déterminer une donnée représentative d’un volume occupé par ce liquide 8 dans le réservoir qui le contient, à partir de signaux électriques, d’écho, produits par le ou les détecteurs de lumière lors de la réception des impulsions lumineuses retour.

[0097] Comme déjà indiqué, l’inclinaison de la surface libre du liquide est par exemple caractérisée par deux angles d’inclinaison.

[0098] L’unité électronique est par exemple configurée pour déterminer ces quantités à partir de décalages temporels entre les signaux d’échos, et un signal de référence qui repère par exemple l’instant d’émission d’une impulsion initiale. Le lien entre les quantités à déterminer (position/inclinaison et/ou volume restant) d’une part, et ces décalages temporels d’autre part, peut par exemple être déterminé lors d’une phase préalable de calibration du système de mesure (voire de l’ensemble système de mesure et réservoir). Ce lien peut être stocké dans l’unité électronique, par exemple sous la forme d’une table de correspondance, ou sous la forme d’une formule de conversion paramétrée par des coefficients, dont les valeurs sont déterminées lors de la calibration (les valeurs des coefficients étant ensuite stockées dans une mémoire de l’unité électronique).

[0099] L’unité électronique comprend un circuit électronique incluant une interface pour recevoir les signaux électriques mentionnés plus haut, ainsi qu’un calculateur électronique (microprocesseur, ou circuit programmable à la volée, par exemple, ...). [00100] Comme indiqué dans la partie « résumé », ce système de mesure peut notamment équiper un aéronef, la tête opto-mécanique étant alors montée sur une paroi d’un réservoir de cet aéronef.

[00101] Différentes variantes peuvent être apportées au système de mesure qui vient d’être décrit, en plus de celles déjà mentionnées.

[00102] Ainsi, le système de mesure pourrait par exemple comprendre plus de trois voies de mesure, par exemple quatre ou cinq voies de mesures différentes. Le système pourrait ainsi comprendre cinq couples de fibres aller et retour, et cinq collimateurs associés, pour mesurer la distance entre la tête et la surface du liquide en cinq points différents, afin d’obtenir une forme de redondance entre mesures pour déterminer la position et inclinaison de la surface du liquide (ou le volume de liquide) de manière encore plus robuste et précise.