Les extensomètres longue base souples continûment attachés (ELB-CA), capteurs pour l'analyse vibratoire des structures

Flexible Continuously Attached long gage Fiber Optic Sensors (CA-FOS) as structures vibration analysis sensors

¹ Division Métrologie et Instrumentation, Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (LCPC), 58 boulevard Lefèbvre, 75732 Paris, France
² Université Paris-Est, Institut Navier, LAMI, École Nationale des Ponts et Chaussée, 6 & 8 avenue Blaise Pascal, Cité Descartes, Champs-sur-Marne, 77455 Marne la Vallée, France

Auteur de correspondance : cumunel@lcpc.fr

Reçu : 27 Octobre 2006
Accepté : 29 Mai 2007

Résumé

Des Extensomètres souples et de Longue Base (ELB) de mesure sont maintenant disponibles commercialement. Ils sont réalisés avec des fibres optiques interrogées par interférométrie faible cohérence, conditionnées de manière à adhérer continûment à l'ouvrage. Ils sont intéressants pour la surveillance dynamique d'ouvrages d'art car leur longueur significative, vis-à-vis de l'ouvrage étudié, permet d'observer son comportement structurel. L'article s'attache à formuler, de manière analytique, la mesure réalisée par les ELB-CA afin d'anticiper leur réponse. On s'intéresse premièrement au cas du comportement vibratoire linéaire d'une poutre et deuxièmement au cas plus général d'une poutre en grands déplacements. Dans ce deuxième cas, la mesure des ELB, prenant en compte les non-linéarités géométriques, est calculée numériquement. Le calcul analytique des ELB permet alors de montrer les limites de l'hypothèse de linéarité. Des simulations numériques sont présentées pour ces deux cas lors de l'étude dynamique d'une poutre bi-encastrée de type Euler-Bernoulli. Il ressort que la mesure des ELB dépend des non-linéarités géométriques de la structure. En effet, si celles-ci ne sont plus négligeables, les transformées de Fourier des signaux de mesure des ELB contiennent les fréquences propres de la poutre, mais aussi des fréquences supplémentaires, combinaisons de ces fréquences propres.

Abstract


 Flexible Continuously Attached long gage Fiber Optic Sensors (CA-FOS) are now commercially available. They are optical fiber-based sensor, used as sensing element of a low-cohesion interferometer, fixed to remain connected to the structure. This development enables dynamic monitoring of lineside structures as well as structural behavior. This article intends to analytically formulate the measurements attained by the CA-FOS in order to anticipate their response. The first case of interest is the linear vibrations of the beam and the second the more general case of the beam under large displacements. In this case, CA-FOS measurement, regarding geometric non-linearities, is numerically obtained. Then, the analytic calculations of the CA-FOS allow for proof of the limitations of the linearity hypothesis. Numeric simulations are presented for these two cases with the dynamic study of a Fixed-Fixed Euler-Bernoulli beam. It results that the measurements of the CA-FOS depend on the geometric non-linearities of the structure. In effect, if they are significant, then the signals of the Fourier transformed curves contain the proper frequencies of the beam as well as those of extraneous frequency combinations.