Introduction

Cette partie de cours est dédiée aux mesures optiques de déplacements ou de vitesses. On restreindra l'étude aux instruments de mesures qui intègrent un interféromètre : les vibromètres laser, les dispositifs de vélocimétrie laser Doppler, les lasers de poursuite, les gyromètres laser.

Les vibromètres laser sont des instruments destinés à des mesures de vibrations; ils peuvent mesurer des déplacements ou des vitesses instantanées sur une cible ponctuelle à distance et sans contact au moyen d'un faisceau laser. La bande passante des vibromètres laser commercialisés vont de quelques Hertz à 1GHz. Les plus petites amplitudes mesurables peuvent couramment atteindre 10-9m. Les mesures vibratoires tridimensionnelles et les mesures rotationnelles sont possibles avec plusieurs faisceaux laser.

Contrairement aux vibromètres laser où les déplacements mesurés sont généralement limités à plusieurs μm voire à quelques mm, les lasers de poursuite sont utilisés pour la métrologie tridimensionnelle de grandes pièces. Les étendues de mesures vont de quelques centimètres à plusieurs dizaines de mètres.

L'exposé se limite aux dispositifs utilisant l'interférométrie. Les dispositifs à « self-mixing » qui permettent aussi des mesures de vitesses et de déplacements ne seront pas présentés. De même, les instruments de mesures de distances basés sur des mesures de temps de vol d'une impulsion lumineuse ou de déphasages d'une lumière modulée ne seront pas traités.

La première partie du cours exposera le principe de la mesure optique de vitesse d'une cible mobile. Ensuite, on donnera quelques exemples de montages interférométriques. Une grande partie sera consacrée à la vibrométrie laser homodyne qui sera l'occasion de présenter les notions de limites de détection et de rapport signal à bruit. La partie interférométrie hétérodyne, permet de faire l'articulation avec les techniques de la vibrométrie tridimensionnelle, de la vélocimétrie « dans le plan », de l'Anémométrie Laser Doppler et de la vélocimétrie rotationnelle, qui utilisent toutes l'interférométrie hétérodyne.

L'étude de cas montrera les performances d'un vibromètre homodyne mesurant des ultrasons jusqu'à 1GHz.