Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
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Procédé et dispositif de chauffage d'une fibre optique en silice sur
une installation de fibrage
La présente invention concerne un procédé et un dispositif de
chauffage d'une fibre optique en silice sur une installation de
fibrage.
Habituellement une fibre optique est revêtue d'une gaine en
matière plastique qui doit assurer deux fonctions :
- la protection de la fibre contre toute abrasion extérieure pour que
soient cor.serv~es ses performances en résistance mécanique ; rappelons
en effet que la résistance mécanique de la fibre est limitée par la
pr~sence de microfissures à sa surface, et ceci d'autant plus que la
dimension de ces microfissures est élevée.
- la protection de la fibre contre les microcourbures du câble où elle
est introduite, qui pourraient dégrader ses propriétés optiques.
Or, dans certaines applications, telles que le filoguidage ou
diverses applications en milieu industriel, la fibre se trouve en
présente d'atmosphères hostiles : vapeur d'eau, eau, liquides
corrosifs, par exemple l'huile et l'hydrogène.
Sous l'action conjuguée d'un tel milieu et d'une contrainte
mécanique, on constate que le gainage plastique est insuffisant, les
microfissures s'agrandissent et viennent réduire la résistance
mécanique des fibres. Ce phénomène est connu sous le nom de corrosion
sous contrainte. En outre, dans le cas d'une diffusion d'hydrogène, on
constate une altérstion du verre lui-même et une dégradation des
propriétés optiques de la fibre.
Pour toutes les raisons précédentes, il s'est avéré
indispensable de prévoir sur la fibre un revêtement hermétique de
carbone devant éviter la diffusion du milieu corrosif jusqu'à la
surrace de la fibre.
On sait que l'on peut réaliser un tel revêtement par pyrolyse
d'un hydrocarbure gazeux circulant dans un réacteur placé dans un four
chauffé vers 1000C par effet Joule. La fibre traverse alor~
longitudinalement le réacteur.
Ce procédé est mentionné dans l'article paru dans le "Journal of
35 Lightware Technology vol.6 n2 February 1988" pages 240-241 - Recent
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developments in hermetically coated optical fiber - par K.E. LU et al.
On constate que la mise en oeuvre du procédé précédent conduit à
l'obtention d'un dépôt de carbone peu adhérent et incapable d'assurer
une protection suffisante de la fibre.
Il s'avère qu'une condition essentielle pour obtenir un dépot de
carbone de bonne qualité est que la fibre de silice ait une
température suffisamment élevée lorsqu'elle entre dans le réacteur,
supérieure d'environ 300C à la température minimale de pyrolyse.
Cette condition peut éventuellement 8tre réalisée si le réacteur
se trouve très près de la sortie du four de fibrage et æi la fibre
défile suffisamment vite pour ne pas se refroidir. Il faut pour cela
que la vitesse de fibrage soit supérieure à 150 mètres par minute.
Cette vitesse de fibrage pouvant être trop importante pour que
les qualités optiques de la fibre soient assurées, il convient
d'interposer pour des vi~esses moins grandes un dispositif de
chauffage entre le four de fibrage et le réacteur.
Le brevet français FR-A-90 02 197 a déjà proposé pour résoudre
ce problème un fou~ à effet Joule ; un tel four présente des
inconvénients ; il manque d'efficacité car la fibre de silice est
transparente au rayonnement infra-rouge et il faudrait qu'il soit très
long pour assurer un réchauffage suffisant.
La pr~sente invention a pour but de mettre en oeuvre un procédé
et un dispositif de chauffage de la fibre efficace et peu encombrant,
portant la fibre ~ une température permettant la réalisation d'un
dépôt de carbone de bonne qualité, et ceci quelle que soit la vitesse
de fibrage ; l'optimisation du dép8t de carbone et l'optimisation des
caract~ristiques optiques de la fibre peuvent donc être assurées
simultanément.
La présente invention a pour ob~et un procédé de chauffage d'une
fibre optique en silice sur une installation de fibrage pour la porter
à une température supérieure à 1000C à son entrée dans un réacteur de
pyrolyse où elle doit recevoir un dépôt de carbone, caractérisé par le
fait qu'on fait défiler ladite fibre sensiblement dans l'axe d'une
cavité résonante micro-onde formée d'un fil métallique enroulé en
hélice et fixé à ses deux extrémités respectivement à deux plaques
c~ r f~
métalliques.
La présente invention a également pour objet un dispositif de
chauffage d'une fibre optique en silice sur une installation de
fibrage, destiné à être disposé en sortie du four de fibrage pour
porter ladite fibre à une température supérieure à 1000C, caractérisé
par le fait qu'il comprend un générateur micro-onde associé par des
moyens de couplage à une cavité résonante formée d'un fil métallique
enroulé en hélice, fixé à ses deux extrémités respectivement à deux
plaques métalliques dites de court-circuit, ladite fibre étant
susceptible de défiler sensiblement dans l'axe de ladite hélice.
Selon un premier mode de réalisation, ledit dispositif comprend
un guide coaxial, terminé par une antenne dipolaire associée par
lesdits moyens de couplage à ladite hélice, le dipole étant parallèle
à l'axe de cette hélice. Des moyens de réglage du couplage peuvent
être prévus et notamment des moyens pour régler la distance du dipole
de ladite antenne vis-à-vis de l'axe de ladite hélice.
Selon un second mode de réalisation ledit dispositif comprend un
guide d'onde monomode de section rectangulaire. Dans ce cas il
convient que la petite arête de ladite section soit orientée
parallèlement ~ l'axe de l'hélice. Ainsi les directions du champ
électrique maximal dans l'hélice et le guide d'onde sont parallèles
entre elles, et le couplage est maximum.
Selon un perfectionnement le dispositif selon l'invention peut
comprendre des moyens pour régler le pas et 10 diamètre de ladite
hélice, et aju~ter ainsi la fréquence de résonance de ladite cavité ;
ces moyens de réglage peuvent être des moyenæ pour déplacer en
rotation ou en translation au moins l'une desdites plaques métalliques
de court-circuit.
Si l'on dispose le dispositif selon l'invention suffisamment
près de la sortie du four de fibrage pour que la fibre entre dans le
dispositif à une temperature voisine de 900C, le champ confiné à
l'intérieur de l'hélice permet d'élever cette température, sur une
diætance de l'ordre d'une dizaine de centimètres, jusqu'à une
température de 1400C, pour une vitesse de 150 mètres par minute.
A titre d'exemple la puissance est de 500 watts environ, à la
fréquence de 2,45 GH~.
L'utilisation d'une hélice resonante selon l'invention pr8sente
de nombreux avantages.
Ainsi le champ électrique axial, efficace pour le chauffage, est
nettement plus élevé que dans des cavités ayant d'autres
configurations.
Par ailleurs la fréquence de résonance de l'hélice ne change pas
avec les caractéristiques diélectriques du matériau qu'elle contient,
contrairement ~ d'autres types de cavité. Ceci est fondamental pour
l~application concernée par la présente invention, car les
caractéristiques diélectriques de la fibre changent entre 900C et
1400C. Il suffit donc d'effectuer le réglage de résonance de la
cavité selon l'invention une fois pour toutes ; l'élévation de la
température de la fibre dans la cavité ne modifie pas la fréquence de
résonance, ni l'efficacité du chauffage. Aucun réajustement n'est
nécessaire et, à l'entrée du réacteur de pyrolyse, la fibre optique
présente la température requise pour recevoir un rev~tement de carbone
hermétique.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention
apparaitront au cours de la description suivante d'un mode de
réalisation, donné à titre illustratif mais nullement limitatif.
Dans le dessin annexé :
- la figure 1 est un schéma d'une tour de fibrage faisant intervenir
un dispositif selon l'invention,
- la figure 2 est une vue schématique semi-coupée d'une cavité
résonante appartenant à un dispositif selon l'invention.
On voit dans la figure 1 un four de fibrage 1 avec une préforme
2. La vitesse de fibrage est de 150 mètres par minute. La fibre 10 qui
sort du four 1 passe dans un dispositif 3 de mesure de diamètre ; elle
se trouve alors à une température voisine de 900C ; elle est
introduite dans une cavité 4 selon l'invention associée à un
générateur micro-onde 5 à 2,45 GHz. La cavité 4 sera décrite plus
loin.
A la sortie de la cavité 4, la fibre 10 qui se trouve à une
température de l'ordre de 1400C passe directement dans un four de
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pyrolyse 6 où est introduit par une tubulure 7 au moins un gaz choisi
par exemple parmi les hydrocarbures saturés, tels que le méthane,
l'éthane, le propane, le butane, et les hydrocarbures non saturés tels
que l'acétylène, l'éthylène, le propylène, le butadièns et leurs
mélanges, ainsi que parmi les hydrocarbures halogénés, tels que le
dichlorométhane.
On a référencé 8 une tubulure de sortie correspondant à
l'extraction des résidus de la pyrolyse. La fibre 11 munie de son
dépôt de carbone passe ensuite à travers des fili~res de gainage 14 et
des caissons 13 d'irradiation W. La fibre gainée terminée référencée
12 passe sur un cabestan 15 et est stockée sur un enrouleur 16.
La cavité 4 selon l'invention est repr~sentée schématiquement
dans la figure 2~ Elle comprend eæsentiellement une hélice 20 d'axe 21
et de longueur 100 mm, constituée d'un fil métallique de 0,5mm de
diamètre. L'hélice proprement dite a un diamètre intérieur de 3mm et
un pas d'environ 2 à 3mm. Le métal constituant l'hélice 20 a une bonne
tenue mécanique en température ; on peut choisir le platine rhodié ou
un alliage réfractaire tel que le "Xanthal". L'hélice 20 est fixée à
se~ extrémités 23, 24 respectivement à deux plaques métalliques de
court-circuit 25, 26.
L'hélice est enfer~ée dans un cyclindre métallique 27 qui
constitue le blindage de la cavité 4 et réduit toute perturbation
extérieure.
Des réglages en translation et en rotation de la plaque 25,
schématisés par les flèches 30 et 31, sont prévus pour modifier le pas
et le diamètre de l'hélice 20.
L'énergie micro-onde délivrée par le générateur 5 à 2,45 GHz est
introduite dans la cavité 4 à l'aide d'un guide coaxial 40 se
terminant par une antenne dipolaire 41, dont le dipole est parallèle à
l'axe 21.
Le couplage antenne-hélice doit être particulièrement soigné
pour assurer un bon transfert de l'énergie. Les deux paramètres qui
permettent de régler le couplage sont la longueur l du dipole et sa
distance d par rapport à l'axe 21.
Le diamètre de l'hélice et son pas sont réglé~ pour que la
fréquence de résonance de la cavité soit de 2,45 GHz.
Selon une variante de réalisation non illustrée, le guide
coaxial 40 est remplacé par un guide d'onde monomode de section
rectangulaire 43 x 86 mm. Le guide d'onde est orienté de fason telle
que l'arête de 43 mm soit parallèle à l'axe 21~ Le couplage est ainsi
maximal.
Selon un perfectionnement, on peut faire passer dans l'hélice 20
un courant, par exemple lOA sous 24 volts, pour réduire le
refroidissement de la fibre 10 par son environnement. Les plaques de
court-circuit 25, 26 sont modifiees en conséquence pour permettre une
alimentation électrique isolée de l'hélice 20.
Bien entendu l'invention n'est pas limitée au mode de
réalisation qui vient d'être décrit. On pourra sans sortir du cadre de
l'~nvention remplacer tout moyen par un moyen équivalent.
