Chapitre V la contre-réaction électronique 1. pendule + shunt 2

1

chapitre V

la contre-réaction électronique

2

pendule + shunt

3

le shunt est une contre-réaction élémentaire

4

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.

5

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).

6

évolution vers les longues périodes

7

évolution vers les longues périodes

8

augmentation de la période propre du capteur et utilisation d’un capteur de déplacement

9

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.

10

le signal très longue période est filtré et injecté sur le forceur

11

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.

12

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.

13

filtre LP = intégrateur

14

bande passante après filtrage LP

15

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)

16

CRE du type PID (2)

17

fonction de transfert du PID

• branche proportionnelle :• branche dérivée :• branche intégrale :

18

• pendule • transducteur• contre-réaction

• forceur• fonction de transfert complète

19

plus tard….

20

paramètres du sismomètre contre-réactionné

• amplitude de sortie du signal• période propre

• amortissement

• fréquence de coupure (HF)

21

fonctions de transfert d’un STS-1

22

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

23

principe du calcul de la fonction de transfert de POS

24

fonction de transfert de POS

25

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.

26

observations des ondes de maréessur la sortie POS

27

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.

28

suppression de Rp et évolution de l’amortissement

29

la période propre du pendule dépend essentiellement de l’ajustement par rapport à la verticale

30

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.