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chapitre V la contre-réaction électronique 1

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.