chapitre v la contre-réaction électronique 1. pendule + shunt 2
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chapitre V
la contre-réaction électronique
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pendule + shunt
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le shunt est une contre-réaction élémentaire
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vers un enregistrement de signaux plus longue période
• on vient de voir le sismomètre passif qui est encore largement utilisé. Par exemple : sismomètres courte période et géophones pour la prospection géophysique.
• on souhaite mieux enregistrer les ondes longue périodes. Par exemple : ondes de surface, Rayleigh et Love, les modes propres et même les ondes de marées.
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comment mieux enregistrer les longues périodes
• allongement de la période propre des pendules. Elle passe de 1 à ~10 secondes (revue de détail au chapitre suivant (VI)).
• utilisation d’un capteur de déplacement à la place du cab qui est sensible à la vitesse de la masse (par rapport au châssis).
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évolution vers les longues périodes
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évolution vers les longues périodes
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augmentation de la période propre du capteur et utilisation d’un capteur de déplacement
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ce n’est pas encore suffisant
• bande passante plus large ;• mal adaptée à la sismologie ; • très sensible aux variations thermiques et
autres sources de bruit longue période, qui implique de très fortes dérives du bras du pendule.
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le signal très longue période est filtré et injecté sur le forceur
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premier remède
• on mesure la position du bras avec le capteur de déplacement
• par filtrage, on extrait le signal très longue période. Ce sont les bruits longue période que l’on veut faire disparaître.
• par l’intermédiaire du cab utilisé en forceur, on injecte sur la masse une force inverse et proportionnelle au bruit LP.
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Chaque fois que la masse sort lentement de sa position d’équilibre, le forceur la ramène. Mais si elle se déplace
rapidement, le forceur n’agit pas.
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filtre LP = intégrateur
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bande passante après filtrage LP
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CRE du type PID (1)
• le problème des perturbations LP est résolu, mais la bande passante reste peu pratique.
• proportionnelle au déplacement en HF.• proportionnelle à l’accélération en BF. • résonance du pendule non contrôler à la période
propre.• on aime bien travailler avec un signal proportionnel à
la vitesse du sol (V/m/s).• les sismologues utilisent une CRE du type PID en
parallèle (Proportionnelle, Intégrale, Dérivée)
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CRE du type PID (2)
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fonction de transfert du PID
• branche proportionnelle :• branche dérivée :• branche intégrale :
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• pendule • transducteur• contre-réaction
• forceur• fonction de transfert complète
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plus tard….
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paramètres du sismomètre contre-réactionné
• amplitude de sortie du signal• période propre
• amortissement
• fréquence de coupure (HF)
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fonctions de transfert d’un STS-1
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caractéristiques des sismomètres STS-1de Wielandt-Sreckeisen
• Masse 0.6 kg m
• Période propre mécanique ~30 s T0
• Amortissement mécanique 0.1 b0
• Gain transducteur déplacement 80 000 V/m G• Condensateur du PID 10 µFarad C
• Résistance du PID 3 MW Rp
• Résistance de l’intégrateur 520 kW Rt
• Condensateur de l’intégrateur 2 mFarad Ct
• Durée de l’intégrateur 1036 s = Rt* Ct t
• Resistance en série avec l’intégrateur 635 kW Rint
• Caractéristique du forceur 24 N/A s• Résistance de la bobine du forceur très petite valeur, inutilisée r• Niveau de sortie VBB 2400 V/m/s V
• Période de la CRE 360 s TCRE
• Amortissement de la CRE 0.744 bCRE
• Fréquence de coupure 7.3 Hz fc
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principe du calcul de la fonction de transfert de POS
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fonction de transfert de POS
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recentrage de la masse
• la tension POS maintient la masse dans une position moyenne autour du zéro du transducteur de déplacement.
• quand la tension POS devient trop importante, le sismomètre consomme beaucoup de courant, mais surtout la qualité de la CRE en souffre.
• avec un moteur qui déplace le centre de gravité de la masse, on ramène la tension POS autour de zéro Volt.
• recentrage semi-automatique sur les sismos modernes, avec changement de la CRE (réduction de t) pour réduire le temps de l’opération.
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observations des ondes de maréessur la sortie POS
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ajustement de la période propre du pendule avec la contre-réaction
• Wielandt et Streckeisen (STS-1) proposent une manip pour installer correctement un pendule LP à ~30 secondes de période propre car ce n’est pas une opération facile.
• en supprimant la résistance proportionnelle, l’amortissement dépend directement de la période du pendule.
• pour gagner du temps, TCRE est fixée à ~20 s.
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suppression de Rp et évolution de l’amortissement
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la période propre du pendule dépend essentiellement de l’ajustement par rapport à la verticale
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conclusion
• la Contre Réaction Electronique (CRE) permet :• de maintenir la masse en position d’équilibre en
rejetant les perturbations longues périodes ;• de définir une large bande passante BRB (Broad
Band) ou VBB (Very Broad Band) en V/m/s ;• de définir une bande passante très longue période
POS ;• d’ajuster la période propre des pendules à des valeurs
importantes et augmenter ainsi la résolution.