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RÉSUMÉ
L’interférométrie holographique est une méthode de visualisation globale sans contact, capable de donner une idée très précise du comportement réel d’un ensemble mécanique ou d’un phénomène physique sans le perturber. Capable de réaliser des mesures quantitatives des phénomènes tridimensionnels statiques ou dynamiques, cette technique se montre donc très performante pour conduire une analyse vibratoire. L’évolution vers le numérique et les progrès dans le traitement informatique des images holographiques lui promettent un bel avenir dans la mesure de l’intensité vibratoire.
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Paul SMIGIELSKI : Docteur ès sciences - Ingénieur de l’École Supérieure d’Optique (ESO) - Président de Rhenaphotonics Alsace
INTRODUCTION
L’étude du comportement de matériaux et de structures soumis à des contraintes dynamiques ou l’analyse des déformations de machines en fonctionnement (moteur d’automobile, par exemple) se fait habituellement à l’aide de capteurs permettant une mesure ponctuelle avec contact très sensible (accéléromètres, jauges de contrainte...). La validation de codes de calculs par ce type de capteurs peut parfois se révéler erronée.
L’utilisation de capteurs optiques ponctuels sans contact est un progrès dans la qualité de la mesure. Mais il serait trop onéreux de trop les multiplier. On opère donc par balayage, ce qui restreint le domaine des applications. De plus, la mesure en des endroits non directement accessibles est difficile et nécessite l’usage de fibres optiques.
Les méthodes optiques globales, interférométriques ou holographiques, quoique moins sensibles (0,01 à 0,1 µm) que les méthodes ponctuelles, semblent les mieux adaptées à l’étude des déplacements dynamiques, notamment sur des corps en rotation ou lorsque l’on désire une grande résolution temporelle. Souvent, elles seront associées à une méthode ponctuelle (vibrométrie laser, par exemple), complémentaire, permettant la synchronisation du laser.
L’étude des phénomènes dynamiques en fonction du temps se fait aisément « en continu » avec des capteurs ponctuels. Avec l’holographie, on opère par échantillonnage à l’aide de la cinéholographie (voir paragraphe 6). Les objets non accessibles directement à l’observation seront étudiés par endoscopie holographique (voir paragraphe 5).
Dans cet article, nous présenterons la caractérisation des vibrations par interférométrie holographique et de speckle.
VERSIONS
- Version courante de déc. 2020 par Pascal PICART, Paul SMIGIELSKI
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5. Analyse vibratoire par endoscopie holographique
5.1 Principe
La figure 22 montre le schéma optique d’une expérience d’endoscopie holographique de l’ISL. L’objet à étudier est éclairé à l’aide d’une fibre optique multimode Fe. Une microlentille L 4 forme une image de l’objet sur la face d’entrée P d’un endoscope (sur la figure on a représenté un endoscope souple, mais on peut aussi bien utiliser un endoscope rigide suivant les applications). On enregistre l’hologramme de l’image transportée sur la face de sortie P ′ de l’endoscope.
Le faisceau de référence est formé à l’aide d’une fibre optique monomode. L’utilisation d’une fibre optique n’est pas ici obligatoire.
Le principal problème rencontré concerne l’injection de la lumière intense d’un laser pulsé (avec un laser à émission continue, il n’y a pas de problème, mais les applications sont très limitées) dans la fibre multimode d’éclairage à l’aide de la lentille L 1 . Le laser pulsé (rubis ou YAG) doit avoir une énergie suffisante pour que, après les diverses pertes dans la fibre par diffusion sur l’objet et dans l’endoscope, il reste assez de lumière pour impressionner l’hologramme (film argentique ou film thermoplastique). L’injection dans la fibre monomode de référence ne pose aucun problème, car on n’utilise qu’une infime partie de la lumière laser, après réflexion vitreuse sur le prisme PR. Mais là encore, il faut que cette infime partie soit suffisante pour l’hologramme.
Pour les expériences de faisabilité présentées ci-après, on a utilisé soit un endoscope souple de section carrée (4 × 4 mm) et de 1 m de longueur comportant 80 000 fibres optiques ordonnées de 10 µm de diamètre, soit un endoscope de 2 m de long de section circulaire (diamètre 5 mm) toujours composé de 80 000 fibres de 10 µm...
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Analyse vibratoire par endoscopie holographique
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - SMIGIELSKI (P.) - Interférométrie holographique. Principes. - Traité Sciences fondamentales AF 3 345. Techniques de l’Ingénieur éd., Paris (1998).
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(2) - SMIGIELSKI (P.) - Holographie industrielle. - Teknéa éd., Toulouse (1994).
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(3) - FAGOT (H.), SMIGIELSKI (P.) - Cinéholographie et interférométrie. - CR Acad. Sc. Paris, t. 302, vol. II, no 4 (1986).
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(4) - DISCHLI (B.), FAGOT (H.), SMIGIELSKI (P.), DIARD (A.) - Interferometric cineholography on 126-mm film at 25 Hz with the help of two pulsed YAG lasers. - 3rd French-German Congress on Applications of Holography, Saint-Louis (F), 20-22 nov. 1991.
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(5) - SMIGIELSKI (P.) - Cineholography in non-destructive testing. - Invited critical review paper, OE/TECHNOLOGY’92 SPIE Congress, Conference on Optical Inspection and Testing, Boston. Proceedings SPIE CR 46, 18 nov. 1992.
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