Sensibilité à la température d'un capteur de pression partielle de gaz carbonique à fibres optiques

¹ Division Machines Systèmes et Procédés, Université de Technologie de Compiègne, BP 649, Centre de Recherche P. Guillaumat, 60206 Compiègne Cedex, France
² Laboratoire des Énergies Renouvelables et d'Optoélectronique, Institut d'Électronique, Université des Sciences et de Technologie de Blida, BP 270, 09000 Blida, Algeria

Corresponding author: alayli@utc.fr

Received: 23 December 1996
Revised: 14 October 1997
Accepted: 4 December 1997
Published online: 15 March 1998

Abstract

An optical fibre sensor to measure weak partial pressures of carbon dioxide has been designed and realized. This sensor is based on direct molecular absorption in the near infrared at 4.3 μm. It is an extrinsic and amplitude modulation type sensor. In the linear region between 0 and 2000 μbar, the calibration curve that represents the transmitted power versus the carbon dioxide partial pressure in air shows a sensitivity of 20 nW/mbar with a minimum detectable pressure of 25 μbar. This article describes a temperature sensitivity analysis for all optoelectronic components and proposes a calculation method to distinguish two successive levels of partial pressure in a surrounding atmosphere where the temperature can vary. The experimental results show that without using a reference signal, the maximum variation of temperature is ±1.4 °C. The use of a reference signal combined with thermoelectric cooling of the photodetector tolerates a temperature variation of ±25 °C.

Résumé

Un capteur à fibres optiques permettant la mesure de faibles pressions partielles de gaz carbonique a été conçu et réalisé. Ce capteur basé sur l'absorption moléculaire directe dans l'infrarouge à 4,3 μm est de type extrinsèque à modulation d'amplitude. Dans la région linéaire entre 0 et 2000 μbar, la courbe d'étalonnage représentant la puissance transmise en fonction de la pression partielle de CO₂ dans l'air montre une sensibilité de 20 nW/mbar avec une pression minimale de détection de 25 μbar. Cet article concerne une analyse de sensibilité à la température de l'ensemble des constituants optoélectroniques du capteur en proposant une méthode de calcul qui permette de discerner deux niveaux successifs de pression partielle dans un environnement assujetti à une variation de la température. Les résultats expérimentaux montrent que, sans utilisation d'un signal de référence, la variation maximale de température admise est de ±1,4 °C alors que l'utilisation d'un signal de référence accompagnée d'un refroidissement thermoélectrique du photodétecteur tolère une variation de température supérieure à ±25 °C.