Étude et mise en oeuvre expérimentale d'une nouvelle méthode de télémétrie laser fondée sur la mesure d'un battement de fréquences PDF Download
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Book Description
Le travail effectue au laboratoire d'électricité signaux et robotique (lesir) a l'ENS Cachan porte sur la conception, le développement et la mise au point d'un prototype de telemetre laser utilisant la méthode de mesure fmcw#*. cette méthode, relativement nouvelle par rapport aux méthodes plus traditionnelles de triangulation ou de temps de vol direct (par émission pulsée), est étudiée en détail afin d'en établir la faisabilité. le travail comporte une large part expérimentale, essentiellement en électronique, mais également avec des éléments théoriques dans de nombreux domaines tels que l'optique, l'électronique, en particulier hautes fréquences, ou le traitement du signal. nous proposons un critère mathématique de comparaison des méthodes fonde sur des notions de filtrage adapte et des analogies avec les traitements radar. puis nous développons un modèle electro-optique de la tête optique par une approche sous forme de quadripôle, après avoir étudie les problèmes de bruit en réception. nous terminons par la description de la réalisation pratique du prototype, ainsi que des mesures effectuées pour déterminer les performances réelles de l'appareil.
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Le travail effectue au laboratoire d'électricité signaux et robotique (lesir) a l'ENS Cachan porte sur la conception, le développement et la mise au point d'un prototype de telemetre laser utilisant la méthode de mesure fmcw#*. cette méthode, relativement nouvelle par rapport aux méthodes plus traditionnelles de triangulation ou de temps de vol direct (par émission pulsée), est étudiée en détail afin d'en établir la faisabilité. le travail comporte une large part expérimentale, essentiellement en électronique, mais également avec des éléments théoriques dans de nombreux domaines tels que l'optique, l'électronique, en particulier hautes fréquences, ou le traitement du signal. nous proposons un critère mathématique de comparaison des méthodes fonde sur des notions de filtrage adapte et des analogies avec les traitements radar. puis nous développons un modèle electro-optique de la tête optique par une approche sous forme de quadripôle, après avoir étudie les problèmes de bruit en réception. nous terminons par la description de la réalisation pratique du prototype, ainsi que des mesures effectuées pour déterminer les performances réelles de l'appareil.
Author: Vincent Delaye Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 183
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CE TRAVAIL EST CONSACRE A L'ETUDE THEORIQUE ET EXPERIMENTALE D'UN SYSTEME DE TELEMETRIE LASER UTILISANT LA MESURE DU TEMPS DE VOL. CETTE TECHNIQUE CONSISTE A EMETTRE, EN DIRECTION D'UNE CIBLE, UNE IMPULSION DE LUMIERE INTENSE ET TRES COURTE, PUIS A CHRONOMETRER LE TRAJET ALLER-RETOUR DE CETTE IMPULSION. LES IMPULSIONS DETECTEES PAR UNE PHOTODIODE A AVALANCHE SONT CONVERTIES EN UN SIGNAL NUMERIQUE. CONTRAIREMENT A UNE TECHNIQUE CLASSIQUE DE SEUILLAGE, C'EST LA POSITION DU SOMMET DES IMPULSIONS QUI EST EXPLOITEE POUR LA MESURE DU TEMPS DE VOL. CETTE METHODE PERMET D'ATTEINDRE DES PRECISIONS SUR LA MESURE DE DISTANCE DE L'ORDRE DU CENTIMETRE JUSQU'A UNE CENTAINE DE METRE. L'UTILISATION DE TECHNIQUES DE TRAITEMENT DU SIGNAL, COMME LES STATISTIQUES D'ORDRE SUPERIEUR, PERMET D'AMELIORER LA PORTEE DU DISPOSITIF D'ENVIRON 100 METRES SUR UNE MESURE UNIQUE. IL EST EGALEMENT POSSIBLE DE DOUBLER LA PORTEE EN ACCUMULANT PLUSIEURS SIGNAUX, LA CADENCE DES MESURES ETANT ALORS REDUITE.
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UNE ETUDE ET UNE QUANTIFICATION PRECISE DES SOURCES D'ERREURS D'UN TELEMETRE LASER A FAISCEAU DIVERGENT A PERMIS LA REALISATION D'UN PROTOTYPE DONT LES PERFORMANCES ONT ETE VALIDEES TANT DU POINT DE VUE THEORIQUE QU'EXPERIMENTAL. LA PRECISION EN MESURE DE DISTANCES VA DE QUELQUES MILLIMETRES A QUELQUES CENTIMETRES EN FONCTION DU RAPPORT SIGNAL/BRUIT. L'APPLICATION DE CE SYSTEME DE MESURE AU PROBLEME DE MULTILATERATION A ETE VALIDEE PAR DES SIMULATIONS NUMERIQUES ET PAR UNE EXPERIMENTATION TERRESTRE. LA PRECISION OBTENUE SUR LE POSITIONNEMENT RELATIF D'UN RESEAU DE RETROREFLECTEURS EST DE L'ORDRE DU MILLIMETRE POUR LA COMPOSANTE RADIALE. UNE OPTIMISATION DE L'INSTRUMENTATION EST PROPOSEE POUR LA REALISATION D'UNE EXPERIMENTATION AERIENNE. LA PRISE EN COMPTE DE L'ENSEMBLE DES SOURCES D'ERREURS PERMET DE PREDIRE QU'UNE PRECISION ALTIMETRIQUE INFERIEURE AU MILLIMETRE EST ALORS POSSIBLE. L'EXTENSION A UN VEHICULE SATELLITAIRE EST ENVISAGEABLE DANS LES LIMITES TECHNOLOGIQUES DISPONIBLES.
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LA MESURE DE DISTANCE SANS CONTACT TROUVE SES APPLICATIONS INDUSTRIELLES PRINCIPALEMENT DANS LE DOMAINE MONODIMENSIONNEL AVEC FREQUEMMENT UNE ORIENTATION METROLOGIE DE PRECISION. LE DOMAINE MULTIDIMENSIONNEL EST PAR CONTRE SOUVENT DU DOMAINE DU LABORATOIRE. IL DOIT SACRIFIER LA PRECISION AU PROFIT DE LA RAPIDITE QUI RESTE LIMITEE, SELON LA METHODE CHOISIE, SOIT PAR LES TRAITEMENTS D'IMAGES LOURDS SOIT PAR UN SYSTEME DE DEVIATION MECANIQUE LENT. UNE PRESENTATION DES PROCEDES OPTIQUES DE MESURE DE DISTANCE POSE LE CADRE D'UNE SYNTHESE ORIGINALE DES LIMITATIONS THEORIQUES DES PROCEDES PAR TRIANGULATION, MESURE D'INTENSITE, MESURE DIRECTE DE TEMPS DE VOL, INTERFEROMETRIE ET MESURE DE DEPHASAGE SUR MODULATION SINUSOIDALE UHF. CE DERNIER EST AINSI MIS EN AVANT COMME UN BON COMPROMIS. CE PROCEDE EST ANALYSE EN DETAIL AINSI QUE SES LIMITATIONS SUR UNE REALISATION A 300 MHZ. LE COMPROMIS DE BASE OPPOSE LA PRECISION (PROPORTIONNELLE A LA FREQUENCE) AU MODULO INDUIT SUR LA DISTANCE (INVERSEMENT PROPORTIONNEL). A FAIBLE SIGNAL, LES LIMITATIONS PRATIQUES SONT ESSENTIELLEMENT DUES AUX COUPLAGES ENTRE VOIES ET ENTRE OSCILLATEURS. POUR ACCROITRE LES PERFORMANCES, UNE ETUDE EST FAITE ET POSE LES BASES DE LA CONCEPTION DE SYSTEMES TELEMETRIQUES HAUTE RESOLUTION. LA MESURE DE PHASE N'EST PAS REMISE EN QUESTION ET UNE DEUXIEME FREQUENCE DE MODULATION EST UTILISEE POUR LEVER L'INDETERMINATION JUSQU'A 10 M, LA PRECISION ETANT ALORS PRESERVEE. LES RESULTATS DES REALISATIONS INDUSTRIELLES DEVELOPPEES SONT PRESENTES DANS DES ARTICLES. LES PERFORMANCES DE CE CAPTEUR EN FONT LA BASE IDEALE D'UN SYSTEME DE PERCEPTION MULTIDIMENSIONNELLE. L'ADJONCTION D'UN SYSTEME DE DEVIATION AUTORISE LA REALISATION D'UN TELEMETRE POLAIRE OU SPHERIQUE. UN MODELE D'UNIVERS PRESQUE VERTICAL(2D) ET UN MODELE FIDELE DU SYSTEME DE PERCEPTION ONT PERMIS D'ABORDER DES APPLICATIONS DANS LE DOMAINE DE LA ROBOTIQUE MOBILE. L'INFORMATION INTENSITE LUMINEUSE RECUE PERMET UN TRAITEMENT OPTIMISE D'UNE COUPE DE L'ENVIRONNEMENT. UNE APPROCHE DE LA TEXTURE GRACE A LA FUSION DE L'IMAGE D'INTENSITE ET DE CELLE DE DISTANCE EST AMORCEE (TOUJOURS EN 2D). ELLE PERMET DE DONNER A LA MACHINE DEUX SENS SUPPLEMENTAIRES ISSUS DE CE MEME CAPTEUR
Author: Emir Augusto Vela Saavedra Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 88
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Le travail de thèse s'inscrit dans le cadre du projet GOLEM et de la manipulation parallèle robotisée d'objets de taille submillimétrique. L'un des enjeux majeurs de cette échelle est de développer des nouvelles méthodes de manipulation parallèle pour réussir à assembler des objets de quelques centaines de micromètres avec un haut cadencement. A cette échelle, la robotique série est limitée par la fréquence et les phénomènes physiques mis en jeu. Il faut donc trouver de nouvelles solutions dédiées à ces échelles.Pour résoudre ce verrou scientifique, ce travail de thèse propose une approche originale autour d'un moyen opto-fluidique, en utilisant particulièrement un effet de fluide convectif appelé l'effet Marangoni. Cet effet est analysé, une plate-forme expérimentale est entièrement construite pour montrer son intérêt pour manipuler à haute vitesse des objets de différentes formes et de tailles et enfin l'automatisation du processus de manipulation est démontrée pour prouver que cette technique est entièrement parallélisable.Le premier chapitre s'attache à définir les différentes méthodes de manipulation sans contact, la manipulation par champ électrique, les pinces optiques, le mouillage électrique, la lévitation acoustique et finalement la manipulation à partir de mouvements thermiques d'un fluide Toutes ces méthodes sont comparées pour montrer que la méthode par convection thermique apparaît comme une solution prometteuse pour la manipulation sans contact parallèle d'objets de taille mésoscopique.Le second chapitre aborde la modélisation de ces effets et la mise en évidence de leurs propriétés multi-physiques au travers de simulations par éléments finis. En particulier, un rappel détaillé est proposé des différents modèles de mécanique des fluides et leur application à l'échelle microscopique c'est à dire à bas Reynolds est détaillée. Ensuite, la convection naturelle sur un problème simplifié et borné est analysée. De nombreuses simulations sont proposées et des comparaisons expérimentales sont données. Finalement, le problème de la convection fluidique est abordé pour montrer son intérêt dans le cadre de notre étude. Ainsi, les différents paramètres (hauteur et volume du liquide, propriétés du liquide, puissance convective, taille des objets) sont étudiés pour la conception optimale d'une plate-forme de micromanipulation sans contact.Le troisième chapitre s'intéresse à la conception de cette plate-forme robotisée. Il décrit les différents éléments composant cette dernière, le microscope optique, le laser et ses particularités, le scanner pour le déplacement du laser et les différents éléments de contrôle du système. De nombreux tests manuels sont alors proposés pour montrer le bien fondé de notre approche. En particulier, l'utilisation d'une caméra haute définition, sa calibration pour déterminer la relation image/déplacement cartésien et d'une analyse des données permet d'estimer les paramètres optimaux pour des vitesses de déplacement micro-objets de différentes tailles. De même, les efforts engendrés sont analysés à partir du principe fondamental et de la mesure de l'accélération instantanée des objets mis en mouvement. Des résultats prometteurs sont ainsi déterminés.Le quatrième chapitre s'intéresse à la robotisation et plus particulièrement à l'automatisation du processus de manipulation. A partir de différentes positions désirées, il s'agit de monter qu'un système totalement automatisé peut déplacement différents micro-objets, en parallèle, d'un point à un autre. Il s'agit de aussi démonter que ce phénomène physique peut être contrôlé de façon fine par un scanner et qu'il peut être utilisé pour engendrer des déplacements sur plusieurs. La problématique du temps réel et de la fréquence d'échantillonnage du système est ainsi abordée. Des outils sont développés et permettent de détecter des objets avec une rapidité et une résolution suffisante. Ce modèle est ensuite utilisé pour monter que le système est capable de suivre des objets de différentes tailles. Enfin, un exemple de parallélisme unique à cette échelle montre l'originalité et l'apport de ce travail.De nombreuses perspectives sont ouvertes par exemple en étudiant plus précisément la physique de la convection fluide, en s'intéressant à un scanner à fréquence propre beaucoup plus élevée pour intégrer des déplacements sur des populations plus élevées d'objets et finalement en s'intéressant à la vison ultra rapide biomimétique.Cette thèse ouvre une porte nouvelle sur la manipulation indirecte parallèle à haute vitesse d'objets mésoscopiques de différentes formes géométriques.
Author: Yan Antoine Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 193
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Cette thèse propose le développement et la mise en œuvre d'une technique de mesure optique et non intrusive, fondée sur l'utilisation couplée de la vélocimétrie laser à effet doppler et de la fluorescence induite par laser. Cette technique permet d'effectuer des mesures simultanées de vitesse et de concentration, ou de température, avec une résolution temporelle et une résolution spatiale compatibles avec l'étude des champs turbulents. Une modélisation du signal de fluorescence en fonction de la concentration et de la température est proposée et les conditions d'utilisation de la technique sont développées. Cette technique a été appliquée a l'étude d'un écoulement de type turbulence de grille homogène et isotrope et a permis de décrire les propriétés di fusionnelles par un modèle de diffusivité turbulente constante. L'utilisation de cette technique a permis d'analyser les propriétés di fusionnelles d'un jet axisymétrique turbulent d'un contaminant passif massique. La validation des modèles de fermeture des équations de la turbulence au second ordre portant sur les termes de corrélations entre les fluctuations de pression et les fluctuations du scalaire est en particulier proposée. Les résultats expérimentaux ont permis d'établir un modèle de viscosité turbulente et un modèle de diffusivité turbulente variables et aboutissent à la définition d'un nombre de Schmidt turbulent constant dans la zone centrale de l'écoulement. Une extension de cette technique aux mesures simultanées de vitesse et de température est proposée, et nous présentons les résultats expérimentaux concernant l'étude des champs cinématiques et thermiques d'un jet turbulent axisymétrique chaud. La mesure des corrélations $vt entre les fluctuations de vitesse et les fluctuations de température a abouti au calcul d'une diffusivité thermique turbulente d t variable, ainsi qu'a la définition d'un nombre de Prandtl turbulent.
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Cette thèse constitue une étude experimentale qui s'inscrit dans le cadre de l'interaction laser-plasma en régime relativiste. Le couplage du laser au plasma provoque l'apparition de nombreux phénomènes nonlinéaires tels que l'autofocalisation relativiste, les instabilités Raman, I'excitation et le déferle-ment d'ondes plasma. Dans ce régime dit du "sillage automodulé", ces effets se combinent et aboutissent à l'accélération des électrons du plasma à des vitesses relativistes. Dans une première partie, les effets nonlinéaires ont d'abord été étudiés. Une méthode originale utilisant des impulsions laser à dérive de fréquence a permis de mesurer la dynamique temporelle des instabilités Raman. Les ré-sultats ont montré que l'instabilité Raman arrière a lieu sur le front montant de l'impulsion et que le Raman avant est plutôt situé en queue d'impulsion. L'autofocalisation a également été étudiée à l'aide d'un diagnostic d'ombro-scopie. Les résultats ont montré que la puissance n'est pas le seul paramètre régissant l'autofocalisation : la durée de l'impulsion laser doit être comparée au temps de mouvement des particules dans le plasma: Wp-1 pour les électrons et Wpi-1 pour les ions. En particulier, lorsque la durée d'impulsion est trop courte, I'autofocalisation relativiste n'a pas lieu. Dans une deuxième partie, on discute de la production d'une source d'électrons relativistes (O à 70 MeV) à partir d'un laser à 10 Hz (35 fs, 600 mJ). Cette source d'électrons brillante (10 puissance 10 électrons), à spectre Maxwellien et potentiellement courte (
Author: Gaelle Bazin
Author: Gaelle Bazin
Author: Vincent Delaye
Author: Françis LACAN
Author: Olivier Bock
Author: GILLES.. ALLEGRE
Author: Emir Augusto Vela Saavedra
Author: Germain Koerber
Author: Germain Koerber
Author: Yan Antoine
Author: Jérôme Faure