Qu’est-ce qu’une sonde optique ?
Les sondes optiques sont des sondes électrolytiques qui pallient les inconvénients des sondes électrolytiques classiques et conservent la partie capteur sans éléments métalliques.
Elles utilisent les effets de l’électrotechnique pour effectuer des mesures et des évaluations précises. Elles se caractérisent notamment par la nature non invasive de la fibre optique, qui ne perturbe pas le champ électrique et ne capte pas de bruit. La tête du capteur est petite et ne nécessite pas d’alimentation. De nombreuses informations peuvent être mesurées, telles que la fréquence, la phase et l’intensité ; et il n’y a pas d’interférences, même en présence de métal.
Utilisations des sondes optiques
Les sondes optiques sont également utilisées dans les contrôleurs, les oscilloscopes et les endoscopes. Elles peuvent également être utilisées pour mesurer un large éventail d’informations à des fins d’investigation et d’analyse par des moyens optiques.
Les applications de mesure sont les suivantes :
1. Mesure du débit d’absorption spécifique (DAS)
Il s’agit d’une mesure de la quantité d’énergie absorbée par le corps humain lorsqu’il est exposé à un rayonnement électromagnétique de fréquence supérieure à 100 kHz. La mesure est basée sur des normes et doit être effectuée sur ce que l’on appelle un fantôme, dont les caractéristiques électriques sont identiques à celles du corps humain.
Lorsque de petits appareils sans fil tels que les smartphones sont utilisés à proximité du corps humain, l’absorption d’énergie se produit dans des parties spécifiques du corps humain.
2. Mesure du plasma
Ce système est également utilisé pour mesurer le plasma, qui est généré par l’application d’un champ électrique puissant à un gaz contenant des particules chargées. Les sondes optiques permettent de mesurer les champs électriques générés localement.
3. Imagerie par résonance magnétique (IRM)
Les sondes optiques sont utilisées pour mesurer l’exposition humaine aux champs électromagnétiques. Des mesures sont nécessaires sous des champs magnétiques très puissants, qui peuvent être mesurés avec précision à l’aide de sondes optiques.
Les sondes optiques sont également utilisées pour mesurer les champs électriques pulsés et ultra-forts dans le cadre de la conception CEM et pour valider les modèles de simulation.
Principe des sondes optiques
1. L’effet Pockels
Les sondes de champ électrique utilisent des cristaux EO avec l’effet Pockels dans leur tête. L’effet Pockels est un phénomène dans lequel l’indice de réfraction d’un matériau change en raison d’une modification du taux de polarisation à l’intérieur du matériau lorsqu’une tension externe est appliquée au matériau.
Lorsqu’aucun champ électrique n’est appliqué, la lumière incidente sur un cristal EO est réfléchie tout en conservant son état de polarisation. Cependant, lorsqu’un champ électrique est appliqué, l’indice de réfraction du cristal d’OE change et l’état de polarisation de la lumière incidente change et la lumière revient.
En mesurant l’intensité de la lumière dans l’état de polarisation à l’aide d’un analyseur, l’on peut obtenir un signal proportionnel à l’intensité du champ électrique.
2. Influence sur le champ électrique à mesurer
Les antennes dipôles sont parfois utilisées dans les sondes de champ électrique, mais pas dans les sondes optiques. Les antennes dipôles ont une structure avec deux conducteurs droits à l’extrémité d’un câble et sont constituées d’éléments métalliques. Cela perturbe les ondes radio en raison de la diffusion de la sonde de champ.
Les sondes optiques utilisent des cristaux dans la section du capteur au lieu d’antennes dipôles, etc., sans affecter le champ électrique à mesurer.
Composition de la sonde optique
Outre le cristal OE, les composants de la pointe comprennent la fibre optique, la virole, la lentille du collimateur et le film diélectrique réfléchissant.
1. Cristaux d’OE
Les cristaux EO ont une taille d’environ 1 mm de côté. Sachant que la longueur d’antenne des sondes de champ utilisant des antennes dipôles est de plusieurs centimètres à plusieurs dizaines de centimètres, leur petite structure permet de mesurer des zones minuscules.
2. Fibres optiques
Une fibre optique est connectée au cristal EO par l’intermédiaire d’une lentille collimatrice et d’une virole. La sonde optique n’est pas affectée par le bruit car le signal est transmis par une fibre optique.
Il est ainsi possible de convertir des signaux de tension en signaux optiques pour les transmettre sur de longues distances, indépendamment de la fréquence.
3. Revêtements diélectriques réfléchissants
Des films diélectriques réfléchissants sont fixés à la pointe du cristal EO. Lors de la mesure des champs électriques, la lumière polarisée linéairement générée par une source lumineuse est incidente sur le cristal EO et la lumière renvoyée par le film diélectrique réfléchissant est mesurée.
La lumière réfléchie par la sonde optique est convertie en un signal électrique par une photodiode et amplifiée par un amplificateur différentiel. Le signal électrique de sortie est proportionnel au changement de polarisation.
L’intensité et la phase du champ électrique sont calculées à l’aide d’un analyseur de spectre ou d’un appareil similaire.