Study and realization of an holographic vibrometer
Etude et réalisation d'un vibromètre holographique
Résumé
We present and we characterize theoretically and experimentally a new holographic vibrometer, using the photorefractive dynamic of a semiconductor crystal as GaAs. It measures the instantaneous velocity of a vibrating target even with a rough surface. It is adapted to the measurement of high amplitude (as high some mm) low frequency (until some 10 kHz) vibrations. The tested point on the object is illuminated by a laser source. The signal wave reflected and scattered by the object is sent on the dynamic holographic material together with a coherent reference beam. These beams write in the material, an hologram of the wavefront structure of the signal beam. This hologram is read by the reference beam what creates in the direction of the transmitted signal beam a local oscillator that has exactly the same wavefront structure than the signal beam, whatever this structure. These two beams will then interfere in a wide field of view homodyne detection scheme, what will transform the phase modulation imprinted on the signal beam (and caused by the vibration of the object) into an intensity modulation. We have experimentally implemented the photorefractive velocimeter, in order to perform a first characterization of its performances. The performances of this vibrometer in the linear regime are essentially controlled by the response time of the photorefractive crystal. To increase the range of the performances we have showed the ability to extract the velocity of the target only using a optical treatment.
Nous mettons à profit la dynamique photoréfractive d'un cristal semi-conducteur de GaAs pour la réalisation d'un capteur de vibrations de basses fréquences (<10 kHz) et de grandes amplitudes (plusieurs mm) fonctionnant en régime de vélocimétrie et insensible à l'état de surface de l'objet. Le principe consiste à coupler dans le matériau photoréfractif une onde référence et une onde signal porteuse de l'information vibratoire d'un objet quelconque à étudier. Les deux ondes écrivent un hologramme dynamique qui suit partiellement le déplacement de la figure d'illumination. L'onde référence diffracte sur le réseau créé pour donner naissance à une onde ayant le même profil spatial que l'onde signal transmise et portant une partie de l'information de la modulation de phase. Les deux ondes interfèrent en teinte plate sur une photodiode permettant d'obtenir un signal électronique proportionnel à la vitesse instantanée de la cible en vibration. La réalisation d'un prototype a permis de valider pleinement le modèle théorique développé et montrer l'insensibilité de la réponse à l'état de surface de la cible. Le régime de fonctionnement linéaire du capteur est limité essentiellement par le temps de réponse du matériau holographique. Pour élargir la gamme de fonctionnement de notre système, nous avons montré qu'il était possible d'extraire, par simple traitement optique, la vitesse instantanée de l'objet même lorsque la réponse était non linéaire. Mots-clés : contrôle non destructif, optique non linéaire, milieu holographique, matériaux photoréfractifs
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