Rapport de stage Programmation d`un logiciel de pilotage et de
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1. Enfin dans le cadre qui nous int resse on peut utiliser une poutre de dimension microm trique plong e dans le fluide que l on va actionner sur une large gamme de fr quences Cette poutre constituant un oscillateur le spectre de r sonance m canique de la micropoutre sera d pendant du fluide dans lequel elle est immerg e 2 10 Sssss 1 E E1 I lsi 1 E E E I 3 EEEZz E aaa aaa ee E ri Za 2 3 beste IZ CIII pet I tt 1 a V a alma l 4 K 4 1 1 111 10 Ezz 1 221 t t E2422s2 2 22 2 2222t ERRARTE dt elek EE EE EE X S322393222123LcEEcacucccr22222 Le een NA E at La w n K Le KEE enm l 2 22V HE LE E S TANN Le gt gt QE ON GES DS 988 bL GES EE WE OES BS SEI der e LEDI e 10 L4I4 Ll L 1 dl d E LLII lt EES e EEFI 2222 2J ZL ZL ZIL ZL C21 1000 11 1 Ts Cl 1 17 CTI III E f IFfCTT1 11 III e 10 e 10000 See E E ee as SE 3 GER IZIZI CttJ bd bel Ett II CTT 113 ertai 2 I I I 111 I l NN AN ll E 10 3 E E E I I I EE E ew ei cl E 3 lt lt 9 s t E t F4osblk F lt F E E4 E444 lt gt 00 FE lt kF gt TN Z Z J Z E E Z E sl 231251212 Z lt lt Z lt d Z E ZZL b 32 E 4 34343232 e zt ee 732 4 NU EE E E Edel MNM 17 gt e e V ast DE DT OT Li d E E 12 s LL ES Z EPA A E EO 0 es ALL I I I Il 1 l 1 11 l l tii l l l RN D I DE2. gt 000 10000 15000 20000 Frequence Hz 24 titre comparatif la figure ci dessous montre la m me mesure effectu e en court circuitant le fil en U mesure de r f rence montrant l absence de r sonance m canique Mesures de 10 chips de duree 1s 218 219 220 221 222 223 YDI dB 224 225 226 227 228 gt 000 10000 15000 20000 Frequence Hz Dans le premier graphe on observe une fr quence de r sonance autour de 5 6 kHz ce qui est coh rent avec les r sultats obtenus au vibrom tre La m me fr quence est obtenue en faisant diverses mesures l exp rience est donc reproductible Ce r sultat est prometteur car pour l instant les mesures ont t effectu es sans amplification diff rentielle du signal 25 5 R ponse un chelon Une autre mani re pour caract riser un syst me du second ordre est d tudier sa r ponse temporelle un chelon ou r ponse indicielle 5 10 15 20 25 30 Figure 16 r ponse d un syst me du second ordre un chelon K L amortissement peut tre retrouv gr ce l expression de Dx la valeur du premier d passement en pourcentage par rapport K TE Do 1 5 Et le temps de r ponse n permet de retrouver la pulsation de r sonance 1 100 tn GE Apr s avoir re u le mat riel permettant d obtenir la voie de r f rence je me suis rendu Compte qu une tude de la r ponse
3. 2 nextpow2 D fs 6 Il y a possibilit de charger des donn es de calibration qui auront t enregistr es au pr alable via la m me fonction moyenne_stereo Cette calibration est le module de la transform e de Fourier d une r f rence qu on choisira possibilit de charger des donn es de calibration load calib poutre calib 0 On doit ensuite concevoir notre signal sonore Celui ci est un balayage fr quentiel allant de fchirp 1 fchirp 2 dont la fr quence augmente lin airement On a pris ici un sinus pour limiter les effets de type r ponse un chelon du passe haut 5 Hz pr sent dans les haut parleurs Construction du balayage en fr quence fregelinspace tfchirp l fchirp 2 D fs sound sin 2 pi cumsum freq fs On assigne un nom de structure aux voies de sortie via audioplayer et aux voies d entr e via audiorecorder 7 assignation player audioplayer sound fs enregistrement audiorecorder fs nbit mode Les tableaux de stockage des donn es temporelles sont initialis s si besoin est if bool record 34 initialisation des tableaux de stockage de donn es voies 1 et 2 V cabl zeros D I5S nb ad Y tab Z ros E e et acq else y tabl 0 y Cab2 0 end Il s agit ensuite de construire le vecteur de fr quence qui nous permettra de tracer la transform e de Fourier 1Nitl lisatlion CCC zeros NFET 2 construction du vecteur de fr quences
4. linspace 0 fs 2 NFFT 2 Cette partie du code d finit une fen tre de graphique et nous permettra plus tard d afficher le gain au fur et mesure Saffichage plots en live figure Gain 20 log 2 NFEFT abs YV L NFFT 2 1 plot f Gain set ht XData E title Mesures de num2Zettfr nb acq chirps de duree e numzZettr D e xlabel Frequence Hz ylabel CT KS KE I S il y a mesure de phase on construit le vecteur temporel i bool phase SG n ration des vecteurs fr quentiels et temporels fregqg linspace fchirp l fchirp 2 D fs tps linspace 0 1 D fs entree cos 2 pi cumsum freq fs Ssweep balayage en fr quence else phi 0 end On r alise une boucle for pour d crire chaque acquisition Dor SCENE Ee ac Mesures de gain On commence tout d abord par jouer le son puis aussit t on enregistre ce qui arrive sur les haut parleurs joue le son balayage fr quentiel et enregistre play player recordblocking enregistrement D y getaudiodata enregistrement On calcule le module de la FFT que l on ajoute aux modules pr c demment calcul s pour les autres mesures Soustraction de la calibration si n cessaire O somme des FFT Yl ffE y NEFET Y bs Y1 Y calib 35 On calcule ensuite le gain moyenn en renormalisant par NFFT On ne se sert que de la premi re moiti des donn es de Y en effet les signaux tant r els la transform e de Fourie
5. 10 Gel Ee El E ll tee E ke le E A ee Ee E E KEE EE eet Beete Ze Ecke 7443852802522822 28522 4942887270227677 gen ii eer fe eenegen tee deene me ed ee dien Kal kel a Veedel bell fie bd een den Kan deefe dree a dl ker Gil ei r gie E EL E DEE BET UE ET ET e Liese elle ls El LL Les LL LI Les ANI STT I I I EE NEE EE I I l INN n A Ed l l l 1 1111 10 107 1 p 10 10 Fr quence Hz Figure 4 Spectre simul de r sonance m canique du microlevier 50x400x3000um immerg dans des huiles silicones de viscosit n 1cP et de masses volumiques respectives p 500 1000 5000 10 000 kg m 3 3 Vi MMTCIO T UWAOCITTAIO MNT T MNIJCIT T G mma Ca HIH HI HH H H 4 HIH HI aH HI Zi EF T MIRE H i 4 A lt HUH PE all S UL L WULLI L HULL J WULLI Ltb H ITU I MIILI I 11111 a MAPEPE Hnr rtta MNTErT tuiter T RTO O T L IIT T T II _ MII TT T L _ sf V ec TTI I _ IITE MUITTA III 1 1 1 demi IMITE MILILI I MIILI MILII F III l MOTOT UNT MNT Tier T MITTEL HUIT 1 LU er be IIl 1 UULLI_L HULI L Jess IT LLL E ITU 1 III 1 1 1 CORTE NL CT PSI MILLAI DIU ILI L PC Cent EN II 1 ITU TERRE Wya i 1 III IRAK b ANY DANA A A2 E Vec gt IU LI E L b ITU 1 MIILI III HUIT 1 PI 1 MILLI l MIIIT TI ITU 1 MIILI du II MIITLT I 1 ITU I MIILI 11 IIT TTI III ITU I MITI A else Tell NII TTI III MILLAI I MLLI Tess MIILI III MAATFI HF HA FIT TZ YA RUT TIM ICC DIDTEE EC e mAT TI Late IN TT T P SeAllIT
6. Annexe 3 3 ddetec discret m Function F ampl deph Fl ampll dephl fmaxl ddet c discret fs nbit D fchirp r alise un premier balayage fr quentiel grossier changer N pour changer la finesse r alise un deuxi me balayage fr quentiel autour de la fr quence max de dP o oO DP gain du premier changer NZ pour La finesse et delta pour la plage ENTREE Ee fr quence d chantillonnage Hz nbit nombre de bits par chantillon D dur e d enregistrement pour 1 acquisition s Zeche bornes du balayage fr quentiel SORTIE F vecteur fr quentiel balayage grossier amp l gain balayage grossier deph phase balayage grossier F vecteur fr quentiel balayage pr cis ampl gain balayage pr cis deph ohase balayage pr cis fmax fr quence de r sonance oO oO oO o dP aC dP o Les constantes suivantes d finissent les pas des deux balayages et l amplitude du deuxi me balayage fin II sera sans doute n cessaire de les modifier en fonction du type de milieu o l on fait les mesures ainsi que du type de poutre N 500 delta T L000 N2 10 pas fr quentiel pour le premier balayage cart de fr quence autour de fmax 2e balayage dP dP DP pas fr quentiel pour le balayage pr cis On construit un tableau de fr quences comprises entre les bornes du balayage d finies dans main m avec un pas de N construction du tableau de fr quences grossi res F fcehirp 1 N fc
7. rieur Au niveau de la couche Surface mobile avec la vitesse V limite Vauide Maer Au niveau de cette couche Surface fixe ale geet Figure 1 mouvement de cisaillement 1 On peut ici consid rer le fluide comme un empilement de couches qui vont glisser les unes par rapport aux autres sous l effet de la force de cisaillement Chaque couche se d placera dans la direction de la force appliqu e les couches inf rieures se d pla ant moins vite Ce retard est d la viscosit du fluide Lorsque la viscosit est ind pendante de la vitesse de cisaillement GH le fluide est dit newtonien Sinon le fluide sera dit non newtonien Un fluide visqueux peut tre mod lis par un amortisseur et un ressort en s rie d apr s le mod le de Kelvin Voigt Figure 2 mod le de Kelvin Voigt Il existe plusieurs types de capteurs appel s rh om tres mesurant les caract ristiques rh ologiques d un fluide Les plus fr quents sont des rh om tres rotatifs cylindriques c ne plan plan plan Couette Searle Bon M t M t 0 5 lt 0 lt 4 Figure 3 Diff rents rh om tres 2 Il est aussi possible de mesurer la viscosit d un fluide en mesurant le temps que met une bille chuter dans une hauteur connue du fluide L tude des propri t s rh ologiques peut aussi s effectuer l chelle nanom trique en tudiant le d placement de particules nanom triques bien connues dans le fluide
8. un chelon de la poutre tait impossible dans les conditions actuelles Voici ce que j ai trouv en envoyant un chelon en sortie du haut parleur et en rebouclant aussit t sur le microphone 26 reponse a un echelon 0 8 0 6 0 4 0 2 amplitude 0 2 0 4 0 6 0 8 0 002 0 004 0 006 0 008 0 01 0 01 2 temps s Alors qu on devrait retrouver un chelon en sortie on se retrouve ici avec la r ponse indicielle d un syst me du second ordre Apr s calculs il s agit en fait d un filtre passe bas du second ordre avec fr quence de coupure 6 Hz environ qui est plac au niveau de l entr e du microphone L tude de la r ponse indicielle n a donc pas t possible en utilisant la carte son 27 V D veloppements futurs Comme nous avons pu le voir au cours de cet expos l actionnement et l acquisition de la r sonance m canique l aide d une carte son a t r alis avec diverses m thodes N anmoins certaines techniques sont perfectibles d autres pistes peuvent tre explor es La premi re piste d am lioration concerne la technique du zero crossing Pour avoir des mesures de phases moins de 5 Hz de r solution l augmentation de la fr quence d chantillonnage est requise Un chantillonnage 96 ou 192 kHz avec une carte son externe est envisag La r solution verticale de 16 bit peut galement tre augment e 24 ou 32 bits L tude de la r ponse un chelon rentrant d
9. avec les simulations effectu es pr c demment En effet le syst me poutre couplage entre pistes d actionnement et de mesure peut tre mod lis par 2 fonctions de transfert la premi re celle de la poutre tant un oscillateur r sonant du second ordre et la seconde celle du couplage correspondant la fonction de transfert d un passe bas du second ordre fr quence de coupure tr s haute ceci est une premi re approximation simplifi e pour prendre en compte le couplage 18 Iimec al IHelec 7 Htotall 10 10 10 frequence Hz Si l on regarde plus pr cis ment la courbe autour de la fr quence de r sonance ona Mesures de 10 chips de duree 15 0 32 D x 1 212e 04 Y 0 3195 0 3 0 28 0 26 0 24 IHI 0 22 0 2 0 18 0 16 1 2 1 205 1 21 1 215 1 22 1 225 1 23 1 23 Frequence Hz x 10 Il est donc ici possible de calculer le facteur de qualit dont l expression est Q A avec f la fr quence de r sonance et Af la bande passante 3dB 19 2 Zerocrossing Les tests ont ici t effectu s avec la m me poutre dans les m mes conditions On a r alis 100 acquisitions Voici un des portraits de phase obtenus qui est cens ressembler la phase d un syst me du second ordre portrait de phase 10 d thasade 10 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 indice On observe que m me si la ressemblance avec la phase d un syst me du se
10. d une pi zor sistance et d une piste de mesure et est donc soumise au m me milieu Les ph nom nes parasites intervenant sur les deux poutres la fois en pla ant la pi zor sistance en R3 sur le sch ma pr c dent on viendra compenser une partie des bruits de mesure Piezor sistance Piste d actionnement micropoutre lectromagn tique r f rence Les pistes d actionnement et de mesure tant assez proches il y a pr sence d un ph nom ne de couplage d pendant du milieu dans lequel la poutre est plong e Gr ce cette poutre fixe ce couplage a pu tre pr c demment tudi et caract ris 2 lectronique de commande et de mesure Alime tation 12V T te de mesure Maintien M canique a N T F Support de puce 3 V Liaison USB Connexion et maintien par Micro5D Signal de sortie Puce Courants d actionnement Figure 8 syst me de d tection et de commande 4 10 a Support de puce Il est utilis pour fixer la micropoutre au banc de mesure et sert d interm diaire de connexion entre la micropoutre et la t te de d tection Partie Souple pat Parties rigidifi es Figure 9 support de puce b T te de d tection Comportant uniquement de l lectronique analogique cette t te de d tection permet de g n rer les courants de polarisation et comporte un premier tage d amplification diff rentielle c Carte de commande Cette c
11. le pilotage et l acquisition des donn es via l entr e sortie d une carte son d ordinateur Le but de ce stage est donc de concevoir et tester un programme Matlab permettant d une part l envoi d un signal d excitation vers la micropoutre et d autre part la r ception des mesures Ces derni res tant effectu es dans un environnement tr s bruit il sera n cessaire de leur appliquer un traitement pour les rendre exploitables Le programme doit aussi permettre de la mani re la plus automatique qui soit de d terminer la fr quence de r sonance la fr quence propre et le facteur de qualit du capteur dans un fluide donn INDEX INTRODUCTION aueh ait ATA NST R A A di nt Nec Ame 5 7 5 l Notions d nee EE 6 JE Cie 9 T D scuption de Mic ele a EE 9 2 lectronique de commande et de mesure 10 Ettel ge ET ie 11 D Tete e e EEN 11 Cl Carte de comman de sr EEN 11 hee Te EE 11 Ha M thodes d mesure du gain etde l phase eege eege e 12 1 Actionnement et acquisition cccccccccccciccicciccccccccrcciccrccccccccrccrccrcorccrcoocoocoocoocoonnonooennoeanenuns 12 2 gt Mesures MONO EEN 12 a Mesure de gain moyenne de transform es de Fourier 12 b Mesure de la fr quence propre par Zero Crosslng ss 13 35 SISE EE 15 a De tectionsynchrone aaea a S Ne EE 15 D DoupledetectHhon S VAchrONE eege EE EE EES 16 EISE 16 V E 18 1 Moyenne de module de transform es de Fourier 18 EE eege 20 3 Mesures de doub
12. p Passe bas A 14 Signal Acoslut Passe bas N2 sin p A4 sin Figure 14 double d tection synchrone Sur la branche inf rieure on multiplie le signal de sortie du capteur par un sinus puis on applique le m me filtre passe bas sur les deux branches On obtient donc A 2 cose et A 2 sin Via de simples op rations arithm tiques il est ensuite facile de remonter au gain A et la phase du syst me la pulsation w Mais nous n avons pas encore le spectre entier c Discr tisation En effet la m thode pr c dente permet seulement d obtenir le gain et le d phasage pour une fr quence donn e Pour obtenir les spectres de gain et de phase sur la totalit de la plage de fr quences entre 100 Hz et 22 kHz nous aurions besoin comme dans la premi re partie d envoyer un sweep en entr e du capteur Malheureusement le sweep pr sente une variation continue de fr quence au cours du temps il ne peut pas tre applicable directement dans la double d tection synchrone J ai donc d cid de r aliser un sweep discr tis 16 Initialisation des param tres fi dernier Envoi de cos 215 f i t R ception de y Ai cos 27f 1 t i Double d tection synchrone D 1 Figure 15 sch ma bloc de la double d tection synchrone discr te Concr tement on r alise un tableau de fr quences balayant le spectre total 100 Hz 22 kHz Le signal de sweep discr tis sera c
13. II MNT HIH F EE F SM 3 ntr t am t WEHEL GL LU LIAL Se AED WF NII NI A ZE LL LE E ITU I HI RE II MIILI 1 MITO 8 M 1 o ipfo T ffe mnr TT LIULLI wu I J S ILL IOCS 11 WULLL L UII l de e l n Ill 2 MIILIIL I 1 HIT 1 UU LL L Z MI LPC LLIL I 1 UULILLL III HII LW AIT NIT I III MITI ICI fe III 11 It PI WII ITU 1 14 J UIU LL HAL EE UWULLLL MIILI MIIL MIILI 1 MIILI MIIL III MIILI MIILI MILEA wend Alb d oi wh gie MS lu d ei sch wm MIILI MIILI MIILI MIILI MIIE MIILI MIILI MIILI III MIILI MIILI MIILI 1 MIILI MIIE MIILI 1 SE WI TT LI MIT T T L T LLE A O A L o LIV V N WILL T TT V IIL eg A F MINT I 1 MITI IITE LITT I T MOT T unnn II MIT T HH EI dIHFI4 HIHtE db KK LL MILE LIL E HEEL LEE E II MII TILI MIILI III 1l444 WHH KI JIH EI4 4 gt HHEEE bill MII TII III HIITLT I 1 lA Le AJ e UW D LE A D s ANI NA A N KE E EK D ITU 1 uI 1 MII TTI MIIE III MIT 1 ID RS MIILI MIIE III HH thi t Aht 7 7 HIH tH 1 HIH EE HUIT I HIFI 111 1 MIILI MIILI III ITU 1 mifi MIILI MIILI III ITU 1 MI I LILI 1 MIILI MIILI III MATOT III TI ANTO TI UMCTTIO DDT EE TI ITU 1 miiia MIILI MIIL MIILI 1 MILEA 1 MI 1111 MII TTI MIILI MIIE 1 MILLAI 1 II AE MIILI MIILI III ITU 1 HIFI TL 1 NII TTI NII TTI III ITU I mifi MIILI MIILI III N N 9 H O O W R Le Wi WS w apnjidw y Fr quence Hz Figure 5 Spec
14. Rapport de stage Programmation d un logiciel de pilotage et de traitement de donn es pour un banc de caract risation lectrique des vibrations d une micropoutre UU P e dy e gt F z 2 BORDEAUX 1 sciences Technologies Thomas HA CK Master 1 TdSI Encadrant tienne LEMAIRE Stage du 18 06 12 au 07 09 12 R sum Dans le cadre de la th se d tienne Lemaire la caract risation de propri t s visco lastiques d un fluide s effectue via un capteur constitu d une micro poutre en silicium immerg e dans le fluide Un courant est envoy dans la micropoutre plong e dans un champ lectromagn tique constant Cette micropoutre est assimil e un syst me r sonant du second ordre Il faut ensuite mesurer l amplitude et la phase de son mouvement afin d en d duire des caract ristiques telles que la fr quence de r sonance la fr quence propre et le facteur de qualit qui d termineront les caract ristiques visco lastiques du fluide Pour l instant cette mesure est effectu e de mani re optique via un vibrom tre terme les mesures devront tre r alis es de mani re lectrique via une pi zor sistance mesurant la contrainte l encastrement Pour ce faire une carte lectronique d amplification et d interface a d j t r alis e Les mesures se font actuellement via un analyseur Gain Phase Pour des raisons de co t d encombrement et de simplification il serait id al de r aliser
15. ans le cahier des charges de ce stage n a pas pu tre effectu e pour des raisons intrins ques mat rielles cause d un filtre passe haut situ au niveau de l entr e microphone Toutefois cette difficult pourrait tre contourn e en utilisant un GBF externe pilot par l ordinateur En utilisant la double d tection synchrone il n est pas possible pour l instant d obtenir une mesure de phase correcte alors qu en th orie ce devrait tre r alisable Dans le futur il serait int ressant d tudier les diff rentes sources d erreur conduisant ce r sultat de phase peu reproductible Enfin en dernier point une interface graphique m me minimaliste de type menu pourrait tre la bienvenue avec des options de calibration o l on puisse par exemple choisir si l on fait une double d tection synchrone ou l on peut choisir les diff rents param tres 28 Conclusion La caract risation de propri t s visco lastiques d un fluide s effectue via un capteur constitu d une micro poutre en silicium immerg e dans le fluide Il s agit alors de mesurer la fr quence de r sonance et la fr quence propre du syst me ou bien le facteur de qualit du r sonateur m canique La mesure de cette r sonance peut tre effectu e optiquement ou lectriquement Puis les signaux de mesures sont acquis de mani re classique par un analyseur gain phase L objectif de ce stage tait de remplacer cet appareil de d tection synchrone par u
16. arte comporte un deuxi me tage d amplification et permet de compenser les erreurs de mesures dues la dispersion des pi zor sistances et les offsets g n r s par les cartes pr c dentes La compensation est r alis e l aide d un microcontr leur d un convertisseur analogique num rique 16 bits et d un convertisseur num rique analogique 16 bits le tout contr l via bus USB par un ordinateur via une interface utilisateur d Ordinateur Outre le fait qu il soit n cessaire pour la compensation un ordinateur peut tre utilis pour g n rer les courants d actionnement et r cup rer le signal de sortie En effet les micropoutres que nous utilisons ont une fr quence de r sonance dans l air comprise entre O et 20 kHz Le spectre de r sonance que nous voulons r cup rer se situe donc dans la gamme de fr quence audible par l homme gamme pour laquelle ont t con ues les cartes son d ordinateur On pourra donc g n rer les courants d actionnement via la sortie haut parleurs de l ordinateur et r cup rer le signal de mesure par l entr e microphone Mesures et traitement ordinateur Actionnement l Carte Micropoutre ordinateur d acquisition Nous avons donc maintenant enti rement d crit la cha ne de mesure et d actionnement de notre exp rimentation Il s agit maintenant de savoir exactement quel signal d actionnement il nous faut g n rer et comment traiter les mesures obtenues 11 III M thodes
17. cond ordre est assez loign e l axe des ordonn es n ayant pas r ellement de sens physique la forte pente de d phasage peut tre observ e tr s facilement et on peut obtenir la fr quence propre du syst me L interpr tation de cette courbe pose probl me elle ne repr sente aucune r alit physique Un autre inconv nient de cette m thode est que si l on se trompe d un cart de 1 point dans les calculs d indice l erreur sur le d phasage peut tre norme d autant plus qu on se situe dans de hautes fr quences Voici les diff rents r sultats obtenus pour f pour chaque acquisition 20 x 10 frequence propre mesuree pour chaque acquisition 1 239 1 238 1 237 1 236 1 235 1 234 Fequence Hz 1 233 kide 1 231 1 23 1 229 20 40 60 30 100 n d acquisition Mis part quelques points non coh rents on obtient une fr quence propre assez proche de la fr quence de r sonance trouv e pr c demment ce qui est en accord avec la th orie La largeur de la bande verticale obtenue dans cette figure correspond au pas d chantillonnage en fr quence autour de 12 3 kHz La fr quence propre du syst me m canique devrait correspondre la valeur moyenne soit 12 237 kHz En r cup rant la fr quence de r sonance trouv e dans la mesure pr c dente et avec les valeurs de fr quence propre trouv es dans cette partie on peut recalculer le facteur de qualit Q 2 _ f2 pour v rifier qu il est en acco
18. de la poutre La poutre subira donc une d formation Si le courant appliqu est alternatif la poutre oscille Il s agit ensuite de mesurer ces oscillations Ces mesures s effectuent actuellement de mani re interf rom trique gr ce un vibrom tre Cet instrument est malheureusement assez volumineux et tr s on reux Il pr sente aussi l inconv nient majeur de ne pas pouvoir tre utilisable dans le cas de fluides opaques Une autre mani re de mesurer les oscillations est de placer une pi zor sistance l encastrement de la micropoutre o la contrainte m canique est maximum La variation de r sistance dR est directement proportionnelle la d formation subie et donc l oscillation de la poutre Pour mesurer cette variation on utilise un montage semblable un pont de Wheatstone mesure diff rentielle Figure 7 pont de Wheatstone Rx est la pi zor sistance Ce pont est aliment par une tension continue la mesure s effectuant entre les points B et D Lorsque R R2 R3 R le pont est l quilibre et V OV dR Si Ra R2 R3 R et que R varie faiblement R R dR on a V A At La variation de la pi zor sistance entra ne donc une variation de tension qui est facilement mesurable Afin d obtenir une mesure plus pr cise et de compenser les diff rents bruits une seconde micropoutre fixe est plac e c t de la micropoutre mobile Elle est dot e elle aussi d une piste d actionnement ainsi que
19. de mesure du gain et de la phase 1 Actionnement et acquisition L envoi actionnement et la r ception acquisition de signaux audio se fait directement sous Matlab par le biais de fonctions simples audioplayer audiorecorder Ces fonctions ont seulement besoin des param tres physiques de la carte son que sont la fr quence d chantillonnage 44100 Hz et le nombre de bits du convertisseur analogique num rique 16 bits 2 Mesures mono Dans le cadre de la premi re partie de mon stage la connectique pr sente ne permettait pas d exploiter la possibilit d avoir 2 signaux de sortie et 2 signaux d entr e Il m a donc fallu d velopper des m thodes de mesure en cons quence Actionnement Mesure Syst me micropoutre cartes d acquisition Figure 10 sch ma des branchements mono a Mesure de gain moyenne de transform es de Fourier On envoie ici directement un signal d excitation sweep d une dur e d une seconde dont la fr quence varie lin airement entre 100 Hz et 22 kHz et dont l amplitude est constante On prend ensuite la transform e de Fourier du signal mesur au niveau du haut parleur dont on calcule le module Ceci permet d obtenir une premi re mesure du spectre de gain de la micropoutre entre 100 Hz et 22 kHz tant donn que le signal est tr s bruit une seule mesure n est pas suffisante On prend donc N mesures cons cutives et on calcule la moyenne des modules des transform es de Fourier L
20. e ne sont pas aussi bonnes qu en utilisant la technique z ro crossing En effet les r sultats ne sont pas reproductibles Pourtant il est th oriquement possible d obtenir une phase Cela reste donc un des points am liorer de ce programme 23 4 Mesures avec un fil en U Au del du cadre de la micropoutre un des prototypes de capteur en cours de test est le capteur fil en U La micropoutre y est remplac e par un fil conducteur en forme de U galement actionn par une force de Laplace Ce fil est aliment par une tension sinuso dale dont la fr quence varie Vin II oscille de mani re comparable une micropoutre et se comporte de mani re g n rale comme un oscillateur r sonant La boucle de courant form e par le U tant en mouvement dans un champ magn tique un courant induit circule galement dans le fil en U en plus du courant d actionnement Une faible tension lectromotrice Vmes est donc mesurable aux bornes du fil Une mesure de d ctection synchrone entre Vin et Vmes caract rise la r sonance de la structure travers le ph nom ne d auto induction La figure suivante montre ce que l on obtient lorsque l on fait la moyenne sur 10 acquisitions des valeurs absolues des transform es de Fourier du signal de mesure avec une excitation comprise entre 100 Hz et 22 kHz Mesures de 10 chirps de duree 15 201 201 5 202 202 5 YI dB 203 203 5 204 204 5 205
21. e probl me de ce type de mesure est qu on n obtient aucune information de phase En effet le d phasage mesur entre le signal d excitation et le signal mesur n est pas le d phasage de la micropoutre Tous les autres syst mes entrant en jeu haut parleur cartes d acquisition microphone matlab entra nent chacun un d phasage et rien ne nous dit que ce d phasage est constant en fonction de la fr quence 12 b Mesure de la fr quence propre par Zero Crossing Dans cette m thode on envoie toujours un sweep dont la fr quence varie entre 100 Hz et 22 kHz Sur le signal d entr e on note les indices o le signal passe z ro gr ce une fonction zero_ crossing On fait de m me pour le signal mesur Th oriquement si le syst me tait parfait on pourrait retrouver facilement le d phasage pour chaque fr quence partir du vecteur At qui repr sente le vecteur de diff rences entre les temps de passage z ro de la mesure et les temps de passage z ro de l entr e Le d phasage vaut f At 2m f avec fs la fr quence d chantillonnage Le probl me est que nous avons un d phasage inconnu entre l entr e et la sortie du syst me d phasage qui n est pas forc ment d qu la micropoutre L id e a donc t de regarder ce que donnait o et de voir si cela correspondait au portrait de phase d un syst me oscillatoire du second ordre phase constante au d but puis une chute importante suivie d une stabilisa
22. e verrons les caract ristiques d une micropoutre en tant qu oscillateur r sonant varient en fonction du milieu dans lequel elle est plong e Nous nous int resserons ensuite plus au fonctionnement du capteur sa cha ne d actionnement et sa cha ne de mesure comprenant les diff rentes cartes d acquisition et de pilotage ayant d j t d velopp es par le Laboratoire d Analyse et d Architecture des Syst mes LAAS et nous verrons comment int grer un ordinateur muni d une carte son dans ce banc de mesure Puis nous verrons les diff rentes m thodes qui ont t envisag es afin d obtenir les propri t s de la micropoutre telles que la fr quence de r sonance la fr quence propre et le facteur de qualit dans un milieu donn I Notions de rh ologie D finition la rh ologie du grec rheo couler et ogos tude est l tude de la d formation et de l coulement de la mati re sous l effet d une contrainte appliqu e Les mesures rh ologiques peuvent par exemple tre utilis es dans le cadre de la formulation de diff rents produits industriels comme les huiles les bitumes ou des produits agroalimentaires yaourts Les propri t s de visco lasticit et de densit d un fluide permettant de d crire son coulement leur tude rentre directement dans le cadre de la rh ologie Consid rons un fluide plac entre deux plans horizontaux et appliquons une force tangentielle dite de cisaillement sur le plan sup
23. hirp 2 On r alise une double d tection synchrone discr te sur toute la gamme de fr quence ce qui nous donne en sortie une fr quence o l amplitude est maximale fmax ampl d ph Tmax Tune discretis ABLE mode D FJ On effectue maintenant une deuxi me double d tection synchrone discr te plus pr cise avec un balayage autour du fmax trouv plus haut O Deuxi me partie mesures autour de fmax F1 max fmax delta f 2 1 N2 fmax tdelta f 2 D1 10 ampli depil imaxi funct discret E lt s nbit mode DI P13 38 Annexe 3 4 func_discret m Tunction ampl deph fmax EE discret iT8 Tmbit mode GES Snbit Smode fr quence d chantillonnage Hz nombre de bits par chantillon pour dire st reo mono Q dur e d enregistrement pour 1 acquisition s Amplitude du sweep pour viter saturation de la ref Tableau des fr quences d excitation oO dP DP GE H dP oO o dP o dP oP coupure pour viter les effets de bord Le code suivant permet de construire un vecteur sweepcos contenant un cosinus a la fr quence f1 puis un cosinus a la fr quence f2 etc Chaque cosinus a une dur e identique Dd Dd D length F tps linspace 0 D D fs sweepcos zeros 1l D fs for ind 0 length F 1 Sh epcos 1ind floor Dd fs 1 ind l1 floor Dd fs cos 2FP1 F 1nd 1 ftp5 ind flcsor Dd 1s 4 L ind l floor Dd fs insertion de z ros entre 2 fr quence
24. le d tection synchrone discr tis e se 22 4 z Mesures avec on Lens ne dei nantes 24 5 Reponse MEET 26 V Ree enn CC 28 CONCUSSION EE 29 Klee rel nt 30 Annexe 1 sch ma de la t te de d tection 31 Annexe 2 sch ma de la carte de commande sssssnsssssssseeeessssssssrrressssssrrrresssssssrreesessssserrreessssseerreesss 32 Annexe 3 Ee M E Le EE 33 ANNEKE SEL ROIS a ae a 33 Annexe En Ne ln In LE e Din EEN 34 Arinexe 3 43 T adet c El DE 38 Annexe E lee diseret EE 39 INTRODUCTION J ai effectu mon stage de Master 1 en Traitement des Signaux et de l Image du 18 Juin au 8 Septembre 2012 au sein du laboratoire de l Int gration du Mat riau au Syst me IMS Talence L IMS est un laboratoire qui se positionne dans le domaine des sciences de l ing nierie et des syst mes en offrant une passerelle entre les Sciences et Technologies de l Information et de la Communication et les Sciences Pour l Ing nieur Dans ce laboratoire j ai t int gr plus pr cis ment dans l quipe MMM du groupe Microsyst mes dirig e par Isabelle Dufour J ai t encadr par tienne Lemaire doctorant l IMS encadr lui m me par Benjamin Caillard L quipe MMM se concentre sur le d veloppement de capteurs base de microleviers Ils sont utilis s comme capteurs de gaz d humidit de viscosit etc L utilisation qui nous int resse dans le cadre de ce stage est le capteur de viscosit et de densit En effet comme nous l
25. n du sinus en d calant decal round 1 4 F ind3 1 fs ysinl zeros length yl1l 1 ysinl l end decal 1 ycosl decal end l On effectue la premi re modulation sur les deux branches le signal est multipli d un c t par un cosinus de l autre par un sinus modulli yl vycosl modul2 vl ysinl Sur les deux branches on filtre par un passe bas de type Moving Average Filtre MA order ceil 2 fs F ind3 1 modulli smooth modull order modul2 smooth modul2 order r Le gain et la phase sont calcul s Ici on tronque au d but et la fin de nc points pour viter l influence de la r ponse indicielle nc est une constante qu on sera peut tre amen changer en fonction des mesures r alis es ampl indst mean Z sqrt modull l nc rend nc 2 modul2 l nc end nC 2 7A deph ind3 1 atan mean modul2 1 nc end nc modul1 1 nc end nc end On r cup re enfin la fr quence pour laquelle le gain est maximal qui est notre fr quence de r sonance a b max ampl fmax F b 40
26. ndre travailler en autonomie proposer des solutions un probl me donn et avoir une d marche de recherche pour savoir trouver la ou les raisons qui font que les mesures pratiques ne se conforment pas exactement aux simulations th oriques I m a aussi appris mettre en pratique les connaissances de traitement du signal et d automatisme que j ai acquises au cours de ma premi re ann e de Master Je tiens remercier chaleureusement tienne LEMAIRE et Benjamin CAILLARD qui ont su m encadrer avec p dagogie dans mon stage me proposer des pistes de r flexions int ressantes et r pondre toutes mes questions D une mani re g n rale je remercie toutes les personnes que j ai pu croiser au laboratoire IMS qui ont toujours su tre accueillantes et ouvertes 29 Bibliographie 1 Synth se Bibliographique Actionnement D tection d une micropoutre et mesures Rh ologiques tienne LEMAIRE 2 Rh om tre wikipedia http fr wikipedia org wiki Rh C3 A90m C3 A8tre 3 MICRORHEOMETRE SUR SILICIUM POUR CHIMIE HAUT DEBIT Naser BELMILOUD TH SE UNIVERSIT BORDEAUX 2008 4 Projet MicRh o Syst me lectrique de D tection et de commande Fabrice MATHIEU LAAS CNRS 30 Annexe 1 sch ma de la t te de d tection TI be A D dt H F Hj 19 Di P r rr A d F S EI P E D WW EA be Fl D rr 3 H c D E D a f G F F DI b
27. ne carte son Une technique de d tection synchrone sp cifique a t d velopp e au cours de ce stage contournant les limitations du syst me carte son Des r sultats satisfaisant de mesure de r sonance ont t obtenus D autres techniques de traitement du signal ont galement t mises en place 1 La mesure de phase initialement non accessible a t programm e en utilisant la technique du zero crossing 2 La transform e de Fourier num rique rapide FFT a t utilis e comme technique de r f rence compar e la d tection synchrone mise en place 3 La mesure de la r ponse indicielle a par ailleurs t tent e Il apparait que la technique de d tection synchrone d velopp e permet en deux temps d obtenir une meilleure mesure du spectre gain uniquement qu en utilisant la FFT La mesure de phase par zero crossing permet de mesurer la fr quence propre du syst me m canique 50 Hz pr s Finalement les options choisies puis d velopp es r pondent de mani re compl mentaire au cahier des charges initial Au cours de ces 2 mois de stage j ai pu apprendre me familiariser avec le monde de la recherche dans un domaine qui m tait totalement tranger la rh ologie Ce domaine n cessite des connaissances aussi bien en physique et m canique des fluides que comme ici en automatisme ou traitement du signal ainsi qu en lectronique et en conception de capteurs Le travail effectu m a permis d appre
28. nnexe 3 2 moyenne_stereo m enregistre nb acq acquisitions sur les 2 Voles r alise la FET des 2 voies n fait la moyenne sur les nb acq acquisitions dP oO oO DP affiche la FFT de la voie 2 au fur et mesure des acquisitions function f Gain fphi y tabl y tab2 l moyenne stereo tfs nbit mode D nb Ets e L chitp bool phase Dool record ENTREE s fr quence d chantillonnage valeur typique 44100 nbit nombre de bits par chantillon typique 16 mode pour dire st r o mono 1 pour mono 2 pour st r o D dur e d enregistrement pour 1 acquisition s typique nb acg nombre d acquisitions fchirp bornes du balayage fr quentiel typique 100 20000 Dool phase 1 si calcul de la phase par zerocrossing oO dP dP oO dP dP dP dP DP bool record L stockage des mesures temporelles dans v tabl et y tab2 SORTIE k vecteur fr quentiel Gain gain module de la Tf des 2 voies phi fr quences propres mesur es pour chaque acquisition y tabl mesures temporelles de la voie 1 r f rence dP dV oO dP dP vP y tab2 mesures temporelles de la voie 2 poutre On aura besoin pour faire la transform e de Fourier du nombre de points de la FFT La FFT tant plus efficace quand elle est effectu e avec une longueur en puissance de 2 On prendra donc la premi re puissance de 2 sup rieure au nombre de points de l acquisition D fs Taille de la FFT en puissance de 2 pour plus de rapidit gt zero padding NFFT
29. o 1 mono dur e d acquisition s nombre d acquisitiors rohairp T1LO00 22000137 bool phase 07 bornes du balayage fr quentiel O pas de mesure de phase par zerocrossing pool record U O pas d enregistrement des donn es temporelles Puis on fait appel la fonction moyenne stereo qui r alise les mesures de gain par moyenne de transform es de Fourier et effectue une mesure de la fr quence propre par la m thode de zerocrossing f Gain fphi y tabl y tab2 moyenne stereo fs nbit mode D nb acq fchirp bool phase bool record Si bool_record est 1 les mesures temporelles de la voie 1 et 2 seront enregistr es dans y_tab1 et y_tab2 Il est d conseill d enregistrer les mesures temporelles si l on compte r aliser plus de 500 acquisitions probl mes de m moire au niveau de Matlab Si bool_phase est 1 la fonction r alise des mesures de fr quence propre par la m thode de zerocrossing Cette m thode tant assez gourmande en temps de calcul si l on veut effectuer une mesure rapide du gain il est conseill de la d sactiver Cette fonction retourne le vecteur fr quentiel f le gain un tableau des fr quences propres mesur es pour chaque chantillon et les mesures temporelles La deuxi me fonction ddetec_discret permet de r aliser une double d tection synchrone discr tis e LR amer imax deph Fl ampli de ephil j ddetec discret rs nbit D ITchirp 33 A
30. onstitu de sinuso des de chacune des fr quences du tableau mises bout bout En somme on r alise une double d tection synchrone la fr quence f puis une autre la fr quence f et ainsi de suite La fonction r alise tout d abord un balayage en fr quence rapide sur tout le spectre 100 Hz 22 kHz puis r cup re la fr quence pour laquelle le gain est maximal et qui a donc le plus de chances d tre proche de la fr quence de r sonance Elle effectue ensuite un deuxi me balayage fr quentiel plus fin autour de la fr quence maximale obtenue plus haut ce qui permet d obtenir un profil pr cis du gain au voisinage de la fr quence de r sonance 17 IV R sultats de mesures 1 Moyenne de module de transform es de Fourier Voici les mesures de gain obtenues en r alisant une moyenne sur 10 acquisitions de 1s du module de la transform e de Fourier du signal re u Elles ont t effectu es avec une micropoutre de type LH dans l air Mesures de 10 chirps de duree 1s x 1 212e 04 Y 0 3195 IHI 0 5 1 E 2 Frequence Hz x 10 La fr quence de r sonance f se remarque tr s rapidement on a f 12 120 Hz Ce r sultat est coh rent avec les r sultats exp rimentaux obtenus avec la mesure optique vibrom tre La pente observ e dans les hautes fr quences est due la pr sence d un filtre passe bas au niveau du micro de l ordinateur Le profil g n ral du gain du syst me est aussi coh rent
31. oyer un signal sinuso dal une pulsation fixe w vers le capteur En sortie du capteur on r cup re un signal A cos wt b t Ce signal de mesure est ensuite multipli par le signal d excitation cos wt G n rateur Cos uit A cos ut b t Chaine capteur Figure 13 d tection synchrone simple En sortie du multiplieur on obtient donc A cos wt b t cos wt A 2 A 2 cos 2wt b t cos wt o l on consid rera que b t est un bruit blanc On se rend compte qu il y a une composante continue dans ce signal qui correspond au gain A du capteur la pulsation w En appliquant un filtre passe bas au signal on retrouve donc A 2 en sortie Ici nous n avons pas un signal du type A cos wt b t en sortie du capteur mais un signal A cos wt pr sence d un d phasage Si l on effectue seulement une d tection synchrone simple on aura donc A 2 cos en sortie du passe bas soit deux informations m lang dans un signal La double d tection synchrone permet de pallier ce probl me et d extraire d une part l amplitude A et d autre part la phase d 15 b Double d tection synchrone Le principe de la double d tection reste le m me que pour la d tection synchrone simple On envoie un signal cos wt l entr e du capteur et on r cup re A cos wt en sortie La branche sup rieure du sch ma de double d tection synchrone est la m me que celle de d tection synchrone simple AFIA Cosi A2 cos
32. r est sym trique en Gain 2 NFFT abs Y 1 NFFT 2 1 ind Le code suivant permet d afficher le gain en temps r el O affichage plots en live set ht YData Gain 2 title l Mesures de num2str ind chirps de duree num2stri D s l arawnow On stocke les mesures temporelles si besoin est LE bool record 5 stockage des mesures temporelles y tabir ind ki lL y tab2 1rind V l2 2 17 end Mesures de la fr quence propre On commence d abord par recentrer le signal de sortie en O pour pouvoir avoir des mesures de zerocrossing coh rentes calcul de la phase if bool phase sortie y 2 permet de recentrer le signal en 0 sortie sortie smooth sortie 5 On r cup re les indices de passage z ro avec la fonction zero_crossing inde tel zero crossing tentree Tpae 3 inds ts z ro cCcrossing tsortie tp6 La comparaison des indices des z ros se fait partir de fstart 5kHz Empiriquement avant cette fr quence le signal est tellement bruit que les mesures de zerocrossing sont incoh rentes fstart 5000 conversion de fstart en indice tstart round fstart fchirp l D S chirp 2 Cehirp di On supprime donc toutes les mesures correspondant aux fr quences inf rieures fstart qui sont inutiles suppression des indices ant rieurs celui correspondant fstart inds inds inds gt tstart inde inde inde gt tstart l min length ind
33. rd avec le Q vu dans le spectre de gain car Q 0 Cependant les valeurs calcul es pour Q nous donnent Q 8 ce qui est incompatible avec le facteur de qualit vu dans la partie pr c dente 21 3 Mesures de double d tection synchrone discr tis e Pour ces mesures on utilise toujours une poutre LH dans l air vibrant aux alentours de 12 kHz On effectue tout d abord un balayage fr quentiel peu r solu pendant 1s wen Gain premier balayage grossier 0 2 Gain 0 1 0 05 0 5 1 1 5 2 2 5 Frequence Hz x 10 La figure pr c dente pr sente le spectre obtenu par le balayage rapide en d tection synchrone La fr quence maximale est ici bien visible On refait un balayage plus pr cis autour de cette fr quence pendant 1s Gain deuxieme balayage fin 2 x 1 213e 04 0 26 0 24 Y 0 2536 0 22 0 2 0 18 0 16 Gain 0 14 0 12 0 1 0 08 0 06 1 16 1 18 1 2 1 22 1 24 1 26 Frequence Hz x 10 22 La figure ci dessus pr sente l acquisition r alis e avec une d tection affin e autour de la fr quence de r sonance On observe une courbe pur e peu bruit e et directement exploitable pour le calcul pr cis de la fr quence de r sonance et du facteur de qualit La courbe est moins bruit e qu une courbe acquise par la moyenne de dix FFT Pourtant cette derni re n cessite cinq fois plus de temps d acquisition Cependant les mesures de phase en d tection synchron
34. s length inde indsdecal zeros l length inds Dans cette boucle on d cale les indices de zerocrossing du signal de sortie jusqu obtenir un profil de phase ressemblant la phase th orique for Ndecal 1 200 indsdecal l end Ndecal 1 inds Ndecal end indsdecal end Ndecal l end 0 Puis on soustrait les indices de zerocrossing d entr e aux indices de zerocrossing de sortie pour obtenir At en consid rant que le d phasage est peu pr s nul pour f fstart 36 indsdecal indsdecal indsdecal 1 inde 1 O on consid re un d phasage nul f fstart deph inde 1 1 indsdecal 1 1 At est ensuite converti en d phasage en fonction de la fr quence conversion d phasage en nombre de points gt d phasage en radians phi deph fs 2 pi freq inde l1 1l La sortie de la boucle de d calage s effectue via une valeur empirique sortie de la boucle de d calage if min phi gt 15 valeur d termin e de mani re empirique break end end On cherche ensuite la pente n gative la plus forte qui correspond au moment o f fr quence propre v p min phi 101 end Ndecal 5 ph1i l end Ndecal 5 100 conversion indice de d riv e minimum gt fr quence fphi ind freq inde p end end Enfin on affiche sur un m me graphe le gain mesur et le gain de la r f rence affichage des FFT voies 1 et 2 hold on DIOE 2 NFET SbS EC CIINEET 2 1 1 nb acq 1g 37
35. s sweepcos 1nd 1 floor Dd fs 200 11nd 1 floor Dd fs De m me que dans les programmes pr c dents on joue le signal sonore en entier puis on r cup re en voie 1 la r f rence et en voie 2 la mesure playercos audioplayer sweepcos fs enregistrement audiorecorder fs nbit mode ampl zeros length F 1 deph zeros length F 1 joue le son en cos et r cup re les mesures play playercos recordblocking enregistrement D ycos getaudiodata enregistrement Matlab n enregistre pas aussit t du coup l enregistrement commence un indice variable entre 300 et 600 chantillons gt n cessit de d tecter quand a commence seuillage 0 2 pour le cos et d calage des mesures obtenues Eege ind 1 D fs L abs ycos indl 1 gt 02 vcos 1l end indl l ycos indic end 7 5 5 5 mise 0 des valeurs finales proche de 0 pour viter les divisions par 0 ycos end indl end 10e 16 break Pour chaque fr quence on effectue une double d tection synchrone Chaque d tection synchrone se fait donc sur une dur e Dd for ind3 0 length F 1 39 Sr cup ration des mesures pour une fr quence yl Ycos 1nd3 flocor Dd fs 1 1nd34 1 floor Dd fs 2 Sr cup ration de la ref pour une fr quence VOOsSL Vcos tindi3 flicor Dd fs 1 11ind3 1 flc5or DA fS 1 On recr e le signal de sinus en d calant de 7x 2 le cosinus mesur en r f rence cr atio
36. tion Dans le cas contraire on d cale vers le bas les indices de zero crossing de la mesure et ainsi de suite jusqu avoir un profil de phase ressemblant au profil th orique Ensuite en faisant une simple d riv e on obtient le moment o la phase a la pente vers le bas la plus forte ce qui correspond au moment o f fo la fr quence propre du syst me 13 Construction de sweepcos Ndecal 0 envoi vers la cha ne de mesure r cup ration des indices r cup ration des indices de zero crossing de zero crossing Soustraction des deux indices D calage des indices de profil de phase ressemblant la th orie 2 non zerocrossing de la mesure Calcul du minimum de d riv e de la phase fr quence propre Figure 11 sch ma bloc de principe du zero crossing 14 3 Mesures st r o Une fois la connectique obtenue il a t possible de se servir des deux voies des haut parleurs et du micro La voie 1 du micro a donc t boucl e sur la voie 1 des haut parleurs Actionnement Mesure Syst me micropoutre cartes d acquisition Figure 12 sch ma des branchements st r o La partie pr c dente concernant la mesure du gain par moyenne de module des transform es de Fourier a t adapt e pour permettre la fois une mesure du spectre de la poutre et une mesure du spectre de la r f rence a D tection synchrone La d tection synchrone consiste env
37. tre simul de r sonance m canique du microlevier 50x400x3000um immerg dans des huiles silicones de 500 1000 5000 10 000 kg m 3 3 1cP et de masses volumiques respectives p z viscosit n forte ine une A tra esonance een la figure 2 que l augmentation de la viscosit apr s On peut constater d la figure apr s D quence de r t la fr g remen LA augmentation de l amortissement et r duit 3 l augmentation de la masse volumique diminue fortement la fr quence de r sonance Les avantages principaux des capteurs base de micropoutres sont leur faible encombrement leur faible consommation lectrique leur co t relativement faible un temps de r ponse assez rapide II Banc de mesure 1 Description de la micropoutre Cette poutre fabriqu e en SOI Silicon on Insulator poss de une piste lectrique en or qui suit les contours de la surface sup rieure Elle est plac e dans un champ magn tique fixe aimant On envoie un courant d actionnement sur la piste Force de Laplace gt t Ka Figure 6 actionnement de la micropoutre 1 La pr sence d un courant dans un champ magn tique entra ne l apparition de forces de Laplace F INB Sur les c t s de la poutre le champ tant colin aire la piste la force de Laplace est nulle En bout de poutre il y a apparition d une force de Laplace orthogonale au plan
38. ud L H E La D bi r Ra l d i a e je L Im Je loi Je Je org t Op 1 Glact In _t oOGnd_t Olact_In2 t Gmt Qlact Cui t GGnd_1 Gand 1 reft oGM_t GValim _ 1 oGnd_t 5Gnd_ t cOut_Plezo t OGnd_t OCurent_Qut_t OGnd_t oGnd t R3 1 0kR l 100nF Plezs_Ref 100nF Piezo_Mes alim _t lact_in1_t Piezo_Mes Vref_t Iacr Out LO Valim _t Piem Ref lact_in2 t OS AIM von Out_Fieza t 11 31 de la carte de commande g sch ma Annexe 2 Alimentation 12V continue Entr e 9 36V Sorties D 625mA 4 e o Ref TEL 15 1222 alimentation sym trique vers l analogique de la carte de commande Tension SV 8 i R33 R31 R32 600R 500R 500R D3 D1 D Led Verte Led Verte Led Verte N 0 alimentation vers le numerique Ka Ka de la carte de commande d Tension VDD 5V R3 2 100R 0 1 Z i g 3 l D RAS AN4 SS LVDIN z PET ROUT1OSOT 1CKI 32 Annexe 3 manuel d utilisation Annexe 3 1 main m Le programme Matlab final comporte un fichier ex cutable main m faisant appel aux fonctions qui ex cutent les diff rentes mesures d taill es dans la partie M thodes de mesure du gain et de la phase On commence tout d abord par d finir les diff rentes constantes fr quence d chantillonnage nombre de bits 2 st r
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