Academic literature on the topic 'Mesure du débit par laser Doppler'

Une modification de la microcirculation peut jouer un rôle important dans l'étiologie et l'issue des maladies vasculaires. Les pathologies ciblées incluent le diabète, l'hypertension et les artériopathies oblitérantes des membres inférieurs. Les signaux d'hyperémie réactionnelle visualisés par la technique du laser Doppler permettent l'analyse de la microcirculation sanguine à l'endroit étudié. L'objectif du travail est de modéliser, d'analyser l'interaction lumière-érythrocytes et de traiter les signaux laser Doppler d'hyperémie réactionnelle. La modélisation analytique proposée permet de conclure que, pendant l'hyperémie réactionnelle, les érythrocytes atteignent leur vitesse d'équilibre très rapidement dans les vaisseaux de la microcirculation. La vasodilatation et la vasoconstriction commandent les variations du signal de perfusion microvasculaire : le flux capillaire augmente en amplitude avec la vasodilatation. Plus les variations du rayon des vaisseaux sont rapides, plus le taux de modification de la perfusion microvasculaire est élevé. Par ailleurs, la modélisation numérique par la méthode des éléments finis dans le cas stationnaire met en évidence l'importance du gradient de pression. . .

La mesure du débit sanguin tissulaire par effet doppler optique est une idée séduisante. L'utilisation d'une source laser, par la cohérence spatiale et géométrique qu'elle offre, en simplifie la réalisation pratique. La vitesse des différentes composantes, notamment les hématies, n'est pas uniforme. Il en résulte donc une distribution spectrale image de cette répartition. De plus, l'environnement du faisceau laser étant constitué par de la matière vivante, de nombreux paramètres influencent les résultats. Dans un premier temps, nous décrivons l'évolution des doppler-lasers, et nous exposons les problèmes qu'ils soulèvent. Ceci nous amène à considérer ensuite, que seule une étude fine du spectre peut nous conduire à un appareil fiable et réellement utilisable en routine. Nous présentons ici un doppler-laser à traitement numérique. La distribution spectrale est calculée par un processeur de signaux numérique (dsp) grâce à un algorithme de transformée de Fourier rapide. Nous donnons les paramètres caractéristiques qui nous paraissent optimaux, et relevons les difficultés qui subsistent avant de pouvoir réaliser un système performant

L'interférométrie par réinjection optique est une technique de mesure dont l'implémentation pour l'interrogation de systèmes fluidiques est assez récente. Le principe de mesure est basé sur la perturbation des paramètres d'émission du laser induite par la réinjection dans la cavité laser de lumière rétro-diffusée par une cible distante. La technique permet le développement de capteurs compact et non-invasifs qui mesurent différents paramètres liés aux déplacements de la cible. En particulier, les interféromètres par réinjection optique prennent avantage de l'effet Doppler pour mesurer la vitesses de traceurs dans les liquides en écoulement. Cet aspect important de la technique de réinjection optique la rend adaptée à une grande variété d'applications dans les domaines du génie chimique et du biomédical où un contrôle des écoulements est requis. Cette thèse présente l'implémentation de capteur basés sur la réinjection optique pour différents systèmes fluidiques où la vitesse locale d'écoulement ou le débit sont directement mesurés. Nous présentons une étude centrée sur les applications où la réinjection optique est utilisée pour la mesure du débit à la micro-échelle avec en particulier une analyse de la robustesse des méthodes de traitement du signal propres aux régimes de diffusion simple et de diffusion multiple. Par ailleurs, nous présentons des résultats expérimentaux de mesures ex vivo où le capteur par réinjection optique est proposé comme alternative pour la myographie. Nous présentons également une implémentation temps réel pour l’estimation du débit instantané d'écoulements dynamiques dans une configuration milli-fluidique. Un système semi-automatisé de détection de particule unique dans un micro-canal est proposé et démontré. Enfin, un capteur basé sur la réinjection optique est implémenté pour la caractérisation des interactions entre deux fluides immiscibles en écoulement à micro-échelle et les mesures réalisées sont comparées à un modèle développé afin de décrire le comportement hydrodynamique des deux fluides dans un micro-réacteur. Le manuscrit décrit une contribution importante pour l'implémentation de capteur par réinjection optique pour des applications fluidiques et en particulier micro-fluidiques. Il présente également des résultats expérimentaux remarquables qui ouvrent de nouveaux horizons pour l'interférométrie à réinjection optique<br>Optical feedback interferometry is a sensing technique with relative recent implementation for the interrogation of fluidic systems. The sensing principle is based on the perturbation of the laser emission parameters induced by the reinjection in the laser cavity of light back-scattered from a distant target. The technique allows for the development of compact and noninvasive sensors that measure various parameters related to the motion of moving targets. In particular, optical feedback interferometers take advantage of the Doppler effect to measure the velocity of tracers in flowing liquids. These important features of the optical feedback interferometry technique make it wellsuited for a variety of applications in chemical engineering and biomedical fields, where accurate monitoring of the flows is needed. This thesis presents the implementation of optical feedback interferometry based sensors in multiple fluidic systems where local velocity or flow rate are directly measured. We present an application-centered study of the optical feedback sensing technique used for flow measurement at the microscale with focus on the reliability of the signal processing methods for flows in the single and the multiple scattering regimes. Further, we present experimental results of ex vivo measurements where the optical feedback sensor is proposed as an alternative system for myography. In addition we present a real-time implementation for the assessment of non-steady flows in a millifluidic configuration. A semi-automatized system for single particle detection in a microchannel is proposed and demonstrated. Finally, an optical feedback based laser sensor is implemented for the characterization of the interactions between two immiscible liquid-liquid flowing at the microscale, and the measurement is compared to a theoretical model developed to describe the hydrodynamics of both fluids in a chemical microreactor. The present manuscript describes an important contribution to the implementation of optical feedback sensors for fluidic and microfluidic applications. It also presents remarkable experimental results that open new horizons to the optical feedback interferometry

L’interférométrie par retro-injection optique (OFI) est une technique de détection émergente pour les systèmes fluidiques. Son principe est basé sur la modulation de la puissance et/ou de la tension de polarisation d’une diode laser induites par interférence entre le faisceau propre de la cavité laser et la lumière réfléchie ou rétro-diffusée par une cible distante. Grâce à l’effet Doppler, cette technique permet de mesurer précisément la vitesse de particules en mouvement dans un fluide, et de répondre aux besoins croissants de mesure de débit dans les systèmes d’analyse biomédicale ou chimique.Dans cette thèse, les performances de la vélocimétrie par rétro-injection optique sont étudiées théoriquement et expérimentalement pour le cas de micro-canaux fluidiques. Un nouveau modèle numérique multi-physique (optique, optoélectronique et fluidique) est développé pour reproduire les spectres Doppler expérimentaux. En particulier, les effets de la concentration en particules, de la distribution angulaire de la diffusion du laser par les particules, ainsi que du profil d’écoulement dans le canal sont pris en compte. Un bon accord est obtenu entre les vitesses d’écoulement théoriques et expérimentales. Ce modèle est également appliqué avec succès à la mesure de la vitesse locale dans un micro-canal et à l’analyse de l’impact sur le signal des configurations particulières de canal. Enfin, la conception d’un capteur OFI tirant parti des avantages des Lasers à Cavité Verticale à Emission par la Surface (VCSEL) est proposée. Grâce au développement de techniques de microfabrication à base de matériaux polymères, un premier démonstrateur composé d’un VCSEL à lentille intégrée est réalisé et testé sans aucune optique macroscopique additionnelle. Les résultats obtenus en termes de mesure de flux sur des canaux micro-fluidiques de tailles différentes valident l’intérêt de cette approche et ouvrent la voie vers la réalisation de capteurs OFI ultra-compacts<br>Optical feedback interferometry (OFI) is an emerging sensing technique which has been studied in fluidic systems. This sensing scheme is based on the modulation of the laser emission output power and/or the junction voltage induced by the interaction between the back-scattered light from a distant target and the laser inner cavity light. Thanks to the Doppler Effect, OFI can precisely measure the velocity of seeding particles in flowing liquids which is much required in chemical engineering and biomedical fields. In the present thesis, optical feedback interferometry performance for microscale flow sensing is studied theoretically and experimentally. A new numerical modeling approach based on multi-physics numerical simulations for OFI signal simulation in the micro-scale flowmetry configuration is presented that highlight the sensor performances. In this model, many factors are involved such as particle concentration and laser-particle scattering angle distribution and flow velocity distribution. The flow rate measurement shows good agreement with the modeling. The implementation of OFI based sensors in multiple fluidic systems, investigating the impact of the fluidic chip specific configuration on the sensor signal.Finally, a compact OFI flowmetry sensor based on Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers (VCSELs) using micro optical fabrication techniques is demonstrated as well. The simulation method for the design and the microfabrication procedures are detailed. After an evaluation of the experimental results, the capabilities of this new OFI sensor in microfluidic measurements are emphasized, thus demonstrating an open path towards ultra-compact microfluidic systems based on the OFI sensing technique

La réduction des nuisances sonores d'aéronefs implique une meilleure compréhension de la propagation acoustique en présence d'un écoulement quelconque, tant d'un point de vue théorique qu'expérimental. Mais ce phénomène physique est difficile à appréhender. Si l'écoulement n'est pas uniforme, la théorie de Galbrun (représentation lagrangienne) permet d'exprimer, en écoulement quelconque d'un fluide parfait, toutes les grandeurs acoustiques (pression, intensité. . . ) en petites perturbations en fonction d'une seule variable, le vecteur déplacement. Toutefois, elle n'a jamais été expérimentée faute de capteurs adéquats. Ce travail de thèse propose en premier lieu de montrer la pertinence de l'approche théorique de Galbrun en l'intégrant dans une description non linéaire exacte des perturbations dans un milieu continu. Des équations sont alors obtenues qui, appliquées au cas du fluide parfait, généralisent les équations linéaires de la théorie de Galbrun. Dans un second temps, après avoir montré la faisabilité de la mesure de vitesse acoustique par vélocimétrie laser Doppler (LDV) sur une soufflerie à faible vitesse, la théorie linéaire de Galbrun est expérimentée sur un banc aéroacoustique haute vitesse, spécialement développé à cet effet. Une première caractérisation en écoulement du champ acoustique, notamment le vecteur intensité, au-dessus d'un matériau absorbant a ainsi pu être menée.

La validation et l'amélioration des codes de calcul, utilises par les constructeurs d'automobiles pour la prédiction de l'écoulement au sein des cylindres d'un moteur, nécessitent une description fine du champ turbulent a travers les échelles de longueur et particulièrement les échelles intégrales et de Taylor. Une méthode de mesure directe de la corrélation double de vitesse, fondée sur la vélocimétrie doppler laser, est développée dans ce travail. Son principe consiste à mesurer simultanément une composante de vitesse en deux points séparés par une distance variable. La méthode a été tout d'abord validée sur deux écoulements simples: la turbulence de grille et le jet circulaire. La comparaison avec l'anémométrie à fil chaud montrent que les échelles intégrales sont déterminées sans difficultés particulières, par contre, l'échelle de Taylor requiert plus de soin. Une procédure de traitement des données est élaborée et validée a posteriori. L’influence des sources d'erreurs est analysée expérimentalement et théoriquement. La méthode a été ensuite appliquée à l'écoulement stationnaire en aval d'une culasse axisymétrique qui stimule la phase d'admission d'un moteur. Les profils des échelles intégrales et de Taylor ont été déterminés dans trois sections. Le taux de dissipation visqueuse a été estime. Les différents profils montrent une inhomogénéité dans la partie immédiatement en aval de la culasse, puis les profils ont tendance à s'homogénéiser dans la partie centrale du cylindre. L’influence de la rotation sur les échelles intégrales a été examinée et révèle que l'échelle relative à une vitesse tangentielle et un déplacement axial est fortement affectée par la rotation