SYSTÈME DE MESURE INTERFÉROMÉTRIQUE : piezo

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1 Nom des éudians : Dae : SYSTÈME DE MESURE INTERFÉROMÉTRIQUE : piezo Dae de reour 1 jour de reard -2ps 2 jours de reard Noe /2 + de 2 jours de reard Noe=0/20 N Quesions Ps. Prof. Ps. Remarques des correceurs U Analyse foncionnelle du sysème Principes mis en œuvre Résoluion Compage Sysème inerféromérique CSO SADT CM /2 U Mise en œuvre du sysème Déplacemen piézo-élecrique Réalisaion du monage Jauge de déformaion Réglage du pon exensiomérique /2 / Mesures / Éude de l hysérésis / Piloage informaisé _ GB U53 Analyse des performances du sysème Hysérésis Éude du déplacemen piézoélecrique Éalonnage de la jauge de déformaion Déplacemen asservi du miroir Mpz /0.5 CS Problémaique CS /0.5 Responsabilisaion des éudians Rangemen e auonomie _ Les poins dans les champs grisés son aribués Toal : /20 sur place. À la correcion, ces poins ne seron plus reporés sur le compe-rendu. Remarques des éudians (problèmes maériels, erreurs dans le suje, ) cadre 1 : Barème de correcion. CR- S.T.S Génie Opique Phoonique Lycée Jean Mermoz SAINT-LOUIS 1/7

2 U51. ANALYSE FONCTIONNELLE DU SYSTÈME 1.1. Élémens à vore disposiion 1.2. Inroducion-Problémaique Es-ce que le piezo, que vous uilisez dans ce TP, permerai d effecuer le déphasage des 4 images nécessaires pour le microscope inerféreniel? (Réponse à donner en fin d U53) 1.3. Travail demandé SADT Par la méhode SADT, développer le niveau A0 de l analyse foncionnelle donnée cadre 2. Compléer le cadre 3. Voir cadre 3. cadre 2 : Analyse descendane niv. A-0. cadre 3 : SADT à compléer. 2/7

3 Éude du sysème inerféromérique - Principes mis en œuvre Résoluion Les bras du Michelson Le compeur Mérologic es incrémené lors du défilemen d un quar de frange. Lorsque N quars de franges on défilé, la variaion de chemin opique es : = N /4 (2) S1 S2 C1 Quel déplacemen minimum du miroir peu-on déecer? (On suppose n 1,00028 e 0 = 632,99143 nm dans le vide). Quel es l'affichage du compeur lorsque le déplacemen es de 7,9 m? C2 T T cadre 4 : Allure des signaux Compage On réalise à l'aide de l'inerféromère deux sysèmes d'anneaux X() e Y() son imposés aux deux voies de l'oscilloscope (mode XY), qu'observe--on à l'écran? (Jusifier en calculan X²+Y².) L allure des signaux (supposés de période T) issus du boîier élecronique vous es donnée cadre 4 (s1, s2, c1, c2) : s1, s2 représenen les signaux analogiques ransmis lors du défilemen des franges ; c1, c2 représenen les signaux mis en forme, images des franges. On uilise les 2 signaux c1, c2 déphasés de T/4. Quelle es la plus peie variaion mesurable (en uilisan ous les frons de c1 e c2 pendan une période T de c1? Peu-on dans ce cas déerminer le sens de déplacemen? (Jusifier.) 3/7

4 Sysème inerféromérique CSO La sociéé CSO commercialise un capeur inerféromérique (voir cadre 5 e cadres 6 e 7 du dossier echnique). Comparer le circui opique inégré e le monage de ce T.P (poins communs; différences). Préciser dans le sysème CSO le rôle de la lame déphasane, de la lame semi-ransparene, du miroir séparaeur de faisceaux. Quels son les équivalens dans le monage du TP? Expliquer le rôle des lames /4 dans le monage d'éude. Que peu-on dire du principe de raiemen uilisé dans les deux sysèmes? cadre 5 : Inerféromère CSO en opique inégrée. 4/7

5 2.1. Élémens à vore disposiion 2.2. Travail demandé Inroducion Réalisaion du monage Principe U52. MISE EN ŒUVRE DU SYSTÈME Faire vérifier le monage par un professeur Connecique compeur e alimenaion piézo Jauge de déformaion Inroducion Réglage du pon exensiomérique e connecique Faire vérifier le monage par un professeur Mesures : Éude du déplacemen piézo-élecrique e éalonnage de la jauge de déformaion Visualiser e édier sur imprimane(sous labview exporer une image simplifiée)les graphes suivans : U Jauge = f(u Piezo ) ; x = f(u Piezo ) ; U Jauge = f(x) en ayan préalablemen racé une droie de régression linéaire. Sauvegarder vos mesures dans le menu fichier sous mesurejauge «vos iniiales» Voir Éude de l'hysérésis Observer le graphe x = f(u) e noer les posiions x pour U = 50 V. Sous Type d acquisiion refaire une éude du déplacemen du miroir lorsque la ension effecue le chemin 0, 60, 20, 100, 0 Vols en choisissan mode d acquisiion 3. Quelles son les posiions aeines par le miroir quand U = 50 V? Sauvegarder sous hyseresis»vos iniiales» Expliquer pourquoi on peu dire que la posiion aeine par le miroir dépend du chemin suivi par la ension U Piezo Piloage informaisé Imprimer la face diagramme Voir Faire vérifier le programme par un professeur. 5/7

6 U53. ANALYSE DES PERFORMANCES DU SYSTÈME 3.1. Élémens à vore disposiion 3.2. Travail demandé Fichiers : piezo.mic e piezo1.mic Hysérésis Le déplacemen x du piézoranslaeur Pourquoi di-on qu'il y a hysérésis? Représener en rouge le graphe du déplacemen x pour une ension U varian de 0 à 750 V puis de 750 V à 500 V puis de 500 à 1000 V. Voir cadre Éude du déplacemen piézo- élecrique d un miroir Mpz En raison de l'hysérésis, la posiion x du miroir dépend de l'évoluion anérieure de la ension. On di que x dépend du "chemin suivi par la ension U Piezo ". Dans le cas du miroir à déplacemen piézo élecrique, lorsqu'on a un déplacemen de 10 m, quelle peu êre la ension U Piezo imposée au crisal piézo? Peu-on dire quelle es la ension U Jauge fournie par la jauge de déformaion qui lui es solidaire? Quelle ension (U Piezo ou U Jauge ) renseigne sur la posiion x avec la meilleure précision? Noer la valeur de la pene a de la droie de régression linéaire : a = V/µm de vore graphe U jauge = f(dépl x). cadre 6 : Courbe d'hysérésis d'un piézoranslaeur pour différenes valeurs de la ension maximum Éalonnage de la jauge de déformaion Charger le fichier Labview Jauge.vi celui-ci es associé à la dll JAUGE1.DLL simulan le principe de foncionnemen d un pon de wheason associé à un amplificaeur différeniel. La résisance de la jauge vau 350 Ω au repos. Fixer la résisance de Jauge à 350Ω.Deux graphes permeen de rerouver Udiff (ension différeniel à l enrée de l AOP) e VS la ension de sorie. Précisez dans ce cas les valeurs Udiff e VS. 6/7

7 Fixer R Jauge à Ω, précisez la valeur de la ension de sorie Vs ainsi que la valeur de la ension différenielle d enrée Udiff. En déduire le coefficien d amplificaion de l ensemble. Le bouon mode perme de monrer l évoluion de la ension de sorie Vs en foncion de Rjauge. Sélecionner avec la souris la foncion mode. Lorsque l on applique une ension piezo égale à 100 V, on rouve en sorie Vs de nore amplificaeur différeniel une ension de 40 mv. Rerouver à l aide du curseur associé au graphe la valeur R de la jauge correspondan à Vs = 40 mv. Es-ce qu un mulimère de précision 0.1 % aurai permis de déerminer la valeur de R correspondan à Vs = 40 mv? Déplacemen asservi du miroir Mpz Nous allons uiliser mainenan la ension U Jauge pour conrôler le déplacemen du ranslaeur piézo. La ension U Piezo imposée au quarz dépendra de la ension de consigne U Jauge fournie par la jauge. Sélecionner la commande Mesures/ Asservissemen piézo. Inroduire la pene a de la droie de régression linéaire U Jauge = f(dépl. x) déerminée précédemmen. L ordonnée à l origine b n es pas à inroduire. Elle es calculée par le logiciel. Cliquer sur U Piezo = 0 V Demander un déplacemen d environ 1,58 µm. Quelle es la valeur que le compeur Mérologic doi afficher en fin de déplacemen? Si le compeur n affiche pas la valeur N, modifier la valeur de K en y inroduisan une ension faible posiive ou négaive (correcion de l erreur sysémaique). Ex : V. Recommencer plusieurs fois pour d aures déplacemens afin de vérifier le bon foncionnemen de l'asservissemen. Faire une démonsraion en la commenan à un professeur. Si le sysème arrive en buée haue (100 V), on peu se déplacer vers la buée basse (0 V) avec des déplacemens négaifs Problémaique Dans la salle B008, nous avons un microscope inerféreniel qui perme de mesurer des rayures sur des surfaces polies en mode PSI. La méhode PSI (phase shifing inerferomery) s'apparene au Moiré par projecion de franges avec décalage de phase. Ce décalage de phase es réalisé à l aide d un piezo, le déplacemen de celui-ci es de l ordre de µm pour chaque déphasage de π/2. Es-ce que l'ensemble piézo + sysème de mesure du TP permerai de réaliser la foncion du microscope inerféromérique? Si non, commen améliorer la précision du disposiif de TP (argumener vore réponse : précision par chaque déphasage e déplacemen oal=2π) 7/7