Vibromètre laser

Un vibromètre laser est un capteur de mesure de vibrations sans contact. Il est constitué d'une source de lumière monochromatique (laser) et d’un interféromètre (interféromètre de Mach-Zehnder), permettant de mesurer l'effet Doppler dû à la vibration entre le signal émis et le signal réfléchi. De cette interférométrie entre les 2 signaux, la fréquence et la phase de la vibration pourront en être déduite.

L'interféromètre

Le vibromètre laser Doppler fonctionne sur le principe de l’interférence optique, nécessitant deux faisceaux lumineux cohérents et leur intensité lumineuse respective I1 et I2 interférant. L’intensité résultante n’est pas seulement la somme des deux intensités, mais est modulé selon la formule :

Le terme d’interférence, apparaissant dans la formule, relate la différence de longueur entre les chemins lumineux des deux faisceaux. Si cette différence est un entier multiple de la longueur d’onde du laser, l’intensité totale est égale à quatre fois l’intensité I1. De même, l’intensité totale est égale à zéro si les deux faisceaux ont une différence de longueur de chemin optique égal à une demi-longueur d’onde. Ceci résulte en des interférences constructives ou destructives. La figure 1 montre comment la loi physique est exploitée dans un vibromètre laser.

Le faisceau d’un laser Hélium-Néon¹ est séparé par le séparateur de faisceau BS1, en un faisceau de référence et un faisceau de mesure. Après être passé au travers d’un deuxième séparateur BS2, le faisceau de mesure est envoyé sur l’objet vibrant sous étude, qui va alors le réfléchir. Le faisceau réfléchi est maintenant dévié par le séparateur BS2, puis fusionné au faisceau de référence par le troisième séparateur BS3 et enfin dirigé vers détecteur. Étant donné que la longueur du chemin optique est constante à travers le temps (à l’exception d’effets thermiques négligeables sur l’interféromètre) : r2 = constant, un mouvement de l’objet sous étude (r1 = r(t)) générera des franges d’interférences « claires – sombres » au niveau du détecteur : schéma typique d’un interféromètre. Un cycle complet « sombre – clair » sur le détecteur correspond à un déplacement d’exactement une demi-longueur d’onde de la lumière utilisé. Dans le cas d’un tube laser Hélium-Néon, utilisé presque exclusivement pour les vibromètres, cela correspond à un déplacement de 316 nm. Par conséquent la modulation en fréquence du schéma d’interférences déterminé est directement proportionnelle à la vélocité de l’objet. Il faut cependant considérer que les vibrations en direction de l’interféromètre génèrent exactement les mêmes schémas d’interférence que les vibrations s’éloignant de l’interféromètre. Cette configuration ne peut donc déterminer la direction des vibrations ; Pour cette raison, un modulateur opto-acoustique (cellule de Bragg) est placé au niveau du faisceau de référence, lequel module alors l’onde lumineuse de 40 MHz (en comparaison la fréquence de la lumière laser est 4,74e14 Hz). Cela génère ainsi une modulation des franges d’interférences de 40 MHz, quand l’objet est au repos. Si l’objet se déplace en direction de l’interféromètre, la modulation de fréquence est réduite ; et à l’opposé, si l’objet s’éloigne du vibromètre, le détecteur reçoit une fréquence supérieure à 40 MHz. Cela signifie qu’il est maintenant possible, non seulement de détecter l’amplitude du mouvement, mais aussi déterminer précisément la direction de cette vibration.

( source : Wikipédia )

Le signal pulsé et ciblé est lui aussi divisé en deux faisceaux lumineux , ( un faisceau de référence et un faisceau de mesure ) avec comme indiqué ci-dessus , une modulation opto-acoustique . 

Un capteur pression détecte constamment dans le milieu ambiant du logement , une pression acoustique de 65 hPa environ au dessus du niveau de la pression atmosphérique ( 1013 hPa ) , soit une pression totale de 1078 hPa environ mesurée dans le logement . Cette pression est parfois plus importante . 

Le dispositif pulsé et ciblé émet donc simultanément des flashs de lumière et des ondes de pression modulées en amplitude .
L'interférence des deux faisceaux génère des battements sonores .