Les solutions de surveillance thermique à fibre optique sont particulièrement utiles lorsque le point de mesure pose des difficultés aux capteurs électriques classiques : haute tension, champs électromagnétiques intenses, accès interne limité, énergie RF ou micro-ondes, ou besoin de mesure ponctuelle avec isolation électrique. Dans ces cas, un petit capteur de température à fibre optique est placé au point d’intérêt, tandis que l’instrument électronique reste à distance.
La surveillance thermique à fibre optique est particulièrement utile lorsque les capteurs électriques conventionnels rencontrent des contraintes : haute tension, champs électromagnétiques intenses, énergie RF ou micro-ondes, champs magnétiques intenses ou accès limité au point de mesure. INNO utilise la mesure ponctuelle par fluorescence : chaque sonde mesure un emplacement physique défini et la fibre transmet le signal à un instrument de surveillance. La structure des sondes, le cheminement des fibres, le nombre de voies et l’intégration varient donc selon l’équipement et l’objectif de mesure.
Qu’est-ce qu’une solution de surveillance thermique à fibre optique ?
Une solution ne se limite pas au capteur. Selon le périmètre du projet, elle peut comprendre :
- une sonde à fibre optique
- une fibre optique
- fibre de prolongation si nécessaire
- traversées ou composants mécaniques d’installation
- un transmetteur ou démodulateur de température
- un instrument de surveillance multivoies
- sortie de données
- une intégration PLC, SCADA ou DAQ
Tous les projets ne nécessitent pas tous ces éléments. Un essai de laboratoire en un point peut se limiter à une sonde et à un instrument compatible, tandis qu’une installation multipoint dans un équipement électrique peut aussi nécessiter des accessoires de cheminement et une intégration système. L’approche globale est présentée dans la mesure de température par fibre optique.
Les sections suivantes suivent la même structure : difficulté de mesure, grandeur à mesurer, intérêt éventuel de la fibre optique, implantation usuelle des points et principales questions de configuration.
Surveillance thermique des enroulements de transformateurs
Difficulté de mesure : la température interne des enroulements ne peut être entièrement représentée par des mesures externes sur la cuve ou dans l’huile.
Grandeur à mesurer : la température à des emplacements choisis à l’intérieur de l’enroulement.
Intérêt possible de la fibre optique : le point de mesure se trouve dans un environnement haute tension à champ intense ; la liaison optique apporte une isolation électrique et une forte résistance aux perturbations électromagnétiques. La mesure ponctuelle directe renseigne sur l’emplacement lui-même, plutôt que de l’estimer à partir d’un autre point.
Approche habituelle des points de mesure : les sondes peuvent être intégrées à des emplacements choisis des enroulements pendant la fabrication du transformateur. Ces positions sont des points sélectionnés ou thermiquement critiques définis par la conception et l’analyse thermique. Une sonde ne trouve pas d’elle-même le point le plus chaud et ne représente pas tout un enroulement.
Principales questions de configuration :
- Quels emplacements des enroulements sont définis comme points de mesure ?
- Combien de points indépendants faut-il mesurer ?
- Comment chaque fibre sortira-t-elle du transformateur ?
Pages associées : surveillance thermique des transformateurs et la surveillance directe des points chauds.
Surveillance thermique des enroulements de moteurs et générateurs
Difficulté de mesure : les enroulements statoriques des machines haute tension sont proches de champs électromagnétiques intenses, et le point de mesure doit être isolé du potentiel électrique des enroulements.
Grandeur à mesurer : la température à des emplacements choisis des enroulements du stator.
Intérêt possible de la fibre optique : Les RTD restent courantes et pratiques sur de nombreuses machines ; la fibre optique ne les remplace pas. Elle peut être envisagée lorsque l’isolation électrique, la résistance aux fortes perturbations électromagnétiques, la mesure ponctuelle directe ou un environnement d’essai particulier constituent l’exigence principale.
Approche habituelle des points de mesure : l’intégration des capteurs pendant la fabrication est courante pour mesurer les enroulements, avec des sondes placées à des emplacements définis plutôt que réparties en mesure continue sur tout l’enroulement.
Principales questions de configuration :
- Quels emplacements des enroulements sont déterminants pour le comportement thermique de la machine ?
- Les sondes peuvent-elles être installées pendant la fabrication ou l’accès est-il limité ?
- Comment les fibres sortiront-elles de la machine ?
Page associée : la surveillance thermique des moteurs et générateurs.
Mesure de température des équipements haute tension
Difficulté de mesure : les composants sous tension et les équipements d’essai haute tension compliquent l’acheminement de fils électriques classiques au point de mesure.
Grandeur à mesurer : la température à des points précis sur ou dans les équipements soumis à de fortes contraintes électriques.
Intérêt possible de la fibre optique : la liaison optique permet d’éloigner l’instrument électronique du point de mesure. La fibre transporte de la lumière plutôt qu’un signal électrique.
Approche habituelle des points de mesure : une sonde est fixée au point choisi et la fibre est acheminée vers un instrument situé dans une zone moins contraignante. La fibre optique ne rend pas automatiquement toute mesure haute tension sûre. L’adéquation dépend toujours de la construction de la sonde, de la conception de l’isolation, du cheminement, de l’équipement et de la méthode d’installation.
Principales questions de configuration :
- Quelles tensions sont présentes au point de mesure et le long du cheminement de la fibre ?
- Comment la sonde sera-t-elle fixée et isolée ?
- Où peut-on placer l’instrument ?
Page associée : la surveillance thermique en haute tension.
Surveillance thermique de l’appareillage électrique et des connexions
Difficulté de mesure : les connexions électriques peuvent présenter un risque thermique et se trouvent dans des équipements sous tension où l’isolation est importante.
Grandeur à mesurer : la température à des emplacements précis, comme les jonctions de jeux de barres, les assemblages boulonnés, certains points de conducteurs ou les zones de terminaison des câbles.
Intérêt possible de la fibre optique : la sonde peut être placée sur la connexion, tandis que la liaison optique maintient la séparation électrique avec l’instrument.
Approche habituelle des points de mesure : les sondes ponctuelles ne mesurent que les emplacements sélectionnés. Elles ne surveillent pas en continu toute la longueur des câbles de puissance ou des jeux de barres. Cette méthode convient lorsque le point de risque thermique est connu.
Principales questions de configuration :
- Où se situe le point à risque thermique connu ?
- Comment la sonde y sera-t-elle fixée ?
- Combien de connexions nécessitent une mesure indépendante ?
- Quel sera le cheminement de la fibre ?
Page associée : la surveillance thermique des cellules électriques.
Mesure de température en RF et micro-ondes
Difficulté de mesure : les sondes conductrices et les fils électriques peuvent interagir avec les champs RF ou micro-ondes selon la conception de l’équipement.
Grandeur à mesurer : la température à un point défini dans le matériau ou le composant chauffé, ou à proximité.
Intérêt possible de la fibre optique : une sonde ponctuelle à fibre optique assure une liaison de mesure non conductrice et une mesure ponctuelle directe ; l’instrument peut être placé hors du champ actif lorsque cela convient. Cela ne signifie pas que les capteurs métalliques sont toujours inutilisables. Les capteurs électriques classiques peuvent nécessiter une étude supplémentaire du cheminement, de la mise à la terre, du blindage et de l’interaction avec le champ.
Approche habituelle des points de mesure : la sonde est placée au point choisi ; la fibre quitte la zone du champ pour rejoindre l’instrument.
Principales questions de configuration :
- Où se situe le point de mesure par rapport au champ ?
- Comment assurer le contact thermique entre la sonde et la cible ?
- Où la fibre sort-elle de l’enceinte ou de la cavité ?
Page associée : surveillance thermique des procédés micro-ondes.
Mesure de température en IRM et champs magnétiques intenses
Difficulté de mesure : les dispositifs de mesure électriques et métalliques peuvent imposer des contraintes supplémentaires de conception en présence de champs magnétiques intenses.
Grandeur à mesurer : la température à un emplacement choisi dans le champ ou à proximité.
Intérêt possible de la fibre optique : les capteurs ponctuels à fibre optique offrent une chaîne optique, une isolation électrique et une mesure de température à un emplacement choisi. Chaque utilisation doit être étudiée au regard des informations produit vérifiées et des exigences du montage.
Approche habituelle des points de mesure : la sonde se trouve à l’emplacement visé et la fibre transporte le signal optique hors du champ jusqu’à l’instrument.
Principales questions de configuration :
- Quel espace est disponible au point de mesure ?
- Quelle distance la fibre doit-elle parcourir jusqu’à l’instrument ?
- Quelles vérifications l’application exige-t-elle ?
Page associée : la surveillance thermique en IRM.
Surveillance thermique industrielle multipoint
Difficulté de mesure : certains équipements comportent plusieurs emplacements à mesurer indépendamment, notamment les armoires électriques, bancs d’essai, équipements de laboratoire et machines industrielles.
Grandeur à mesurer : la température de chaque emplacement défini, au même moment.
Intérêt possible de la fibre optique : lorsque plusieurs points sont situés dans des zones électriques exigeantes, un instrument multivoies peut lire plusieurs sondes optiques isolées depuis un même emplacement.
Approche habituelle des points de mesure : chaque point possède sa propre sonde. La mesure ponctuelle multipoint n’est pas une mesure distribuée : chaque sonde ne mesure qu’à son extrémité. Par exemple, six emplacements indépendants nécessitent normalement six sondes et au moins six voies actives compatibles. Cet exemple de configuration ne constitue pas une norme universelle.
Principales questions de configuration :
- Combien d’emplacements indépendants y a-t-il ?
- Comment chaque fibre sera-t-elle acheminée et identifiée ?
- Où sera placé l’instrument par rapport aux points ?
Pages associées : la surveillance thermique multipoint et systèmes de surveillance thermique à fibre optique.
Mesure de température des équipements de laboratoire et d’essai
Difficulté de mesure : les montages de recherche et d’essai associent souvent une géométrie inhabituelle à des conditions électriques ou électromagnétiques qui compliquent les mesures classiques.
Grandeur à mesurer : la température de points physiques sélectionnés dans les équipements de recherche, les essais haute tension, les expériences thermiques, les essais RF ou les environnements d’essai électromagnétiques.
Intérêt possible de la fibre optique : la souplesse de mesure. L’instrument peut être éloigné du point de mesure, et des montages électriquement isolés sont possibles. Une géométrie de sonde et un cheminement de fibre sur mesure peuvent être envisagés selon l’application.
Approche habituelle des points de mesure : les sondes sont placées aux points définis par l’expérience et le nombre de voies suit le nombre de points.
Principales questions de configuration :
- L’essai nécessite-t-il une géométrie de sonde particulière ?
- Comment fixer la sonde et acheminer la fibre dans le montage ?
- Quelle sortie de données le système d’essai nécessite-t-il ?
Les structures de sondes pour ces usages figurent dans la catégorie les capteurs de température à fibre optique .
Contraintes de mesure et dispositions des capteurs
| Environnement de mesure | Point de mesure courant | Contrainte principale | Intérêt possible de la mesure ponctuelle à fibre optique | Question clé de configuration |
|---|---|---|---|---|
| Enroulement de transformateur | Emplacements sélectionnés dans les enroulements | Température interne que les mesures externes ne décrivent pas entièrement | Mesure ponctuelle directe avec isolation électrique | Quels emplacements sont définis par la conception et l’analyse thermique ? |
| Enroulement de moteur / générateur | Emplacements choisis des enroulements du stator | Haute tension et champs intenses | Isolation et résistance aux perturbations électromagnétiques lorsque les RTD ne suffisent pas | Les sondes peuvent-elles être intégrées pendant la fabrication ? |
| Équipement haute tension | Points sur des composants sous tension | Conducteurs électriques à potentiel élevé | L’instrument peut rester éloigné du point de mesure | Comment gérer l’isolation et le cheminement ? |
| Connexions de l’appareillage électrique | Jonctions de jeux de barres, assemblages boulonnés, terminaisons | Points de risque thermique connus dans les équipements sous tension | Sonde isolée sur la connexion | Où est le point à risque et comment fixer la sonde ? |
| Équipements RF / micro-ondes | Point dans la cible chauffée ou à proximité | Interaction du champ avec les capteurs conducteurs | Chaîne de mesure non conductrice | Comment la fibre quitte-t-elle la zone du champ ? |
| IRM / champ magnétique intense | Emplacement sélectionné dans le champ ou à proximité | Contraintes relatives aux capteurs électriques et métalliques | Liaison optique avec isolation électrique | Quelles vérifications le montage exige-t-il ? |
| Équipements industriels multipoints | Plusieurs emplacements indépendants | Mesure simultanée dans des zones exigeantes | Plusieurs sondes isolées sur un même instrument | Combien de points indépendants y a-t-il ? |
| Systèmes de laboratoire / d’essai | Points définis par l’expérience | Géométrie et conditions électriques particulières | Positionnement flexible des sondes, instrument séparé | Quelles géométrie de sonde et quel cheminement sont nécessaires ? |
Quand la mesure thermique à fibre optique peut être superflue
Les RTD, thermocouples, thermistances et mesures infrarouges restent pratiques dans de nombreuses situations. La fibre optique n’est pas nécessaire à toute application de température, et les autres capteurs ne sont pas intrinsèquement inférieurs. Ils peuvent mieux convenir lorsque :
- l’isolation électrique n’est pas une exigence majeure
- les perturbations électromagnétiques sont maîtrisables
- la surface est accessible
- l’équipement existant prend déjà en charge les capteurs classiques
- le coût ou la simplicité d’adaptation est une contrainte prioritaire
La fibre optique prend généralement tout son intérêt lorsque le point de mesure présente lui-même une difficulté : isolation, exposition aux champs, accès restreint ou besoin d’un point interne défini.
Adapter une solution à fibre optique à l’application
Partez du point de mesure et examinez progressivement la chaîne. La liste suivante ne s’applique pas intégralement à chaque projet.
- Définir précisément le point physique de mesure.
- Confirmer la plage de température prévue.
- Déterminez si le point est à haute tension.
- Évaluez l’environnement électromagnétique, RF ou magnétique.
- Vérifiez l’espace disponible pour l’installation.
- Définir la géométrie de la sonde.
- Prévoir le cheminement des fibres.
- Déterminez la longueur de fibre.
- Compter les points de mesure indépendants.
- Adaptez le nombre de voies actives.
- Confirmer l’emplacement de l’instrument de surveillance.
- Définir les exigences PLC, SCADA ou DAQ.
- Déterminer si le projet concerne un équipement neuf ou une modernisation.
Le choix général des sondes est abordé séparément dans comment choisir un capteur de température à fibre optique. Le principe de mesure de ces sondes est décrit dans la mesure de température à fibre optique par fluorescence, où l’instrument lit la réponse optique de l’extrémité sensible. Cet instrument, qui convertit le signal optique de retour en données de température, est présenté dans les transmetteurs et centrales de température à fibre optique.
Limites d’installation et de couverture
- Choisir la sonde avant de définir le point physique de mesure. Le point et ses conditions déterminent la sonde, et non l’inverse.
- Supposer que toute la fibre mesure la température. En mesure ponctuelle par fluorescence, l’extrémité sensible mesure la température et la fibre transmet le signal optique.
- Assimiler plusieurs capteurs ponctuels au DTS. Plusieurs sondes fournissent plusieurs mesures ponctuelles indépendantes, et non un profil continu.
- Supposer qu’une sonde représente un grand enroulement ou composant. Une sonde ne renseigne que sur son propre emplacement.
- Choisir le nombre de voies avant de compter les points de mesure réels. Comptez d’abord les points indépendants, puis adaptez le nombre de voies.
- Négliger le cheminement des fibres. Le cheminement détermine la longueur, l’exposition, la protection et les possibilités d’emplacement de l’instrument.
- Négliger la compatibilité de l’instrument. La sonde et l’instrument doivent utiliser une technologie de mesure compatible.
- Supposer que la fibre optique est nécessaire à toute application de température. Les capteurs conventionnels suffisent souvent.
- Tenter d’ajouter des sondes intégrées sans vérifier l’accès physique. Certains points ne sont accessibles que pendant la fabrication ou l’assemblage.
Conclusion
La surveillance thermique à fibre optique ne correspond pas à une architecture unique. La solution adaptée dépend du point de mesure, de l’environnement électrique, de la plage de température, des accès d’installation, du nombre de points indépendants, du cheminement des fibres, de l’instrument de surveillance et de l’intégration au système.
INNO se concentre sur la mesure ponctuelle de température à fibre optique par fluorescence à des emplacements physiques définis. Une extrémité sensible correspond à un point ; plusieurs points nécessitent plusieurs sondes.
Si votre projet concerne la haute tension, de fortes EMI, la RF, les champs magnétiques, des points thermiques intégrés ou la surveillance multipoint, INNO peut vous aider à étudier les emplacements de mesure, la configuration des sondes, le cheminement des fibres et le nombre de voies.