Capteur laser miniaturisé mesurant les déplacements et vibrations d’une cible – CALDIRO

Ce projet a trait au développement d’un capteur laser sans contact, miniaturisé et à faible coût, dédié à la mesure de déplacements et de vibrations de cibles ainsi qu’aux applications corrélées : analyse modale, détection d’impact et de vieillissement dans les matériaux… Il est porté par le LAAS-CNRS, groupe Optoélectronique pour les Systèmes Embarqués (OSE) ainsi que le PRES Université de Toulouse (Département Valorisation).
Ce capteur est basé sur l’interférométrie par rétro-injection optique (self-mixing), où la diode laser joue à la fois le rôle d’émetteur de lumière, de micro-interféromètre intégré et de photodétecteur. Ainsi la diode laser couplée à une lentille de collimation permet-elle de remplacer un interféromètre conventionnel avec ses composants optiques coûteux (isolateur optique, séparateur de faisceaux, photodiodes, miroir de référence,...) et délicats à aligner. Le capteur permettra une mesure non intrusive en dynamique de manière flexible, en relâchant la contrainte :
- sur la distance capteur-cible : possibilité de mesurer du mm jusqu’à quelques mètres (le dispositif a déjà été testé jusqu’à 10 m),
- sur le positionnement des pièces par rapport au laser (gênante au niveau industriel, notamment pour du contrôle à cadence élevée).
Cependant, ces capteurs, sensibles aux vibrations parasites ne peuvent être installés sur des sites industriels qu’à la condition de les coupler à un support anti-vibratoire qui fait augmenter fortement le prix de l’ensemble. Pour résoudre ce problème, un accéléromètre à base de MEMS est positionné au plus proche du capteur laser. Ainsi, les vibrations parasites appliquées au capteur de déplacement lui-même sont mesurées indirectement via la mesure de l'accélération du boîtier du capteur laser par le MEMS. Le déplacement parasite est ensuite obtenu par une double intégration du signal d’accélération. Enfin, le déplacement réel de la cible est alors déterminé par fusion des données entre le capteur laser et l’accéléromètre, après une procédure de calibrage.
Notre objectif est d’utiliser ce capteur en contrôle non destructif (CND) dans des conditions réelles (salissures, vibrations parasites des machines et/ou moteurs, en embarqué sur un véhicule ou une structure en mouvement,…) avec une souplesse d’utilisation, un coût et un encombrement inégalés à ce jour. Ce capteur a fait l’objet d’une protection en terme de dépôt de brevet. Il a remporté le « Mechatronics Awards » 2010, catégorie Recherche, décerné par Thésame (réseau européen industrie-formation-recherche en mécatronique) et Artema (syndicat des industriels de la mécatronique), lors d’EMM 2010 (les 8émes rencontres européennes de mécatronique).
Le projet a pour objectifs généraux :
- de mettre en œuvre un démonstrateur pour convaincre les utilisateurs potentiels du dispositif de sa valeur ajoutée ainsi que de son caractère opérationnel.
- d’identifier des partenaires industriels pour aboutir à un transfert sous forme de licence.
Compte tenu de la grande diversité d’applications possibles, la stratégie de valorisation privilégiée sera la concession de licences vers plusieurs entreprises de secteurs économiques différents. Il apparaît que ce dispositif bénéficie d’un fort potentiel de valorisation, compte tenu des marchés multisectoriels qu’il peut viser. Le domaine aéronautique sera le premier secteur visé.
L’objectif final est donc de commercialiser ce capteur de déplacement par self-mixing.