T.P.2 ELEMENTS D'ANALYSE MODALE PAR INTERFEROMETRIE HOLOGRAPHIQUE EN TEMPS REEL

1 BUT

1.1 Apprendre à réaliser l'enregistrement et l'utilisation d'un hologramme

1.2 Effectuer certains éléments d'analyse modale pour une plaque rectangulaire.

2 QUELQUES SUJETS D'INTERET

2.1 Les conditions liées à l'enregistrement d'un hologramme: cohérence, conditions de stabilité mécanique et thermique, éclairage correct de l'objet, conditions supplémentaires (très strictes) liées à la technique en temps réel;

2.2 Enregistrer un hologramme qui sera replacé après développement dans la position initiale, afin de permettre l'étude holographique en temps réel;

2.3 Mesurer en temps réel les fréquences propres et les formes des modes propres (lignes nodales, distributions d'amplitudes de vibration) pour une plaque rectangulaire encastrée sur un côté;

2.4 Vérifier la concordance entre les résultats expérimentaux obtenus et les prédictions théoriques concernant les vibrations des plaques;

2.5 Acquérir quelques images en temps réel montrant les distributions d'amplitudes de vibration à la surface de la plaque

2.6 Si le temps le permet, réaliser un interférogramme holographique à intégration temporelle pour l'un des modes de vibration découverts

3 EQUIPEMENT UTILISE

1 table antivibratoire

1 laser HeNe 5 mW

1 alimentation laser

1 support laser

1 diviseur de faisceau réglable avec son support

3 miroirs plans

3 supports réglables pour miroirs

1 objectif microscope avec monture

1 ensemble filtre spatial ou, selon le cas, 1 objectif microscope avec monture

1 support hologramme

1 générateur basse fréquence

1 oscilloscope

1 amplificateur de puissance basse fréquence

1 excitateur de vibrations

1 fréquencemètre

4 PRECAUTIONS IMPORTANTES

4.1 DANGER, haute tension ! Ne pas toucher le câble H.T. du laser

4.2 DANGER, ne pas regarder directement dans le faisceau !

4.3 NE PAS TOUCHER les éléments optiques et EVITER LES RETOURS vers l'intérieur du laser (cela peut entraîner des détériorations irrémédiables);

4.4 Attention: le révélateur est basique et le fixateur acide; éviter le contact avec les yeux et l'avalement, ainsi que de tacher les vêtements.

5 COMPLEMENTS D'INFORMATION, RAPPELS THEORIQUES

5.1 Enregistrement

5.2 Lecture (restitution, reconstitution) de l'hologramme

5.3. L'interférométrie holographique en temps réel

6 RECOMMANDATIONS PRATIQUES

6.1 Pour la protection des équipements et des matériaux utilisés:

6.1.1

Vérifier que tous les composants sont bien fixés (bases magnétiques, vis de serrage, etc) sur le plateau de la table d'holographie;

6.1.2 Ne jamais s'appuyer sur la table d'holographie; le système pneumatique asservi et les capteurs de position qui règlent la position du plateau ne résistent pas aux sollicitations excentriques de forte valeur.

6.1.3 Ne pas toucher les éléments optiques (surtout les miroirs et les demi-miroirs); leurs surfaces ont une planéité de l'ordre de 0,03 micromàtres et en général les pélicules réfléchissantes déposées sont très sensibles et ne résistent même pas au nettoyage. Un miroir touché est un miroir abîmé.

6.1.4 Remplir et préparer les bacs contenant les solutions chimiques et le support de l'hologramme juste avant le développement

6.2 Pour obtenir un bon hologramme il faut réaliser un bon compromis entre les conditions (parfois contradictoires) suivantes:

réaliser l'égalité des chemins géométriques de l'onde-objet et l'onde de référence (à quelques centimètres près, au maximum) ; le phénomène d'interférence n'est possible que si laes différences entre les différents chemins optiques sont largement inférieures à la longueur de cohérence du laser utilisé. Pour les lasers à HeNe utilisés, elle vaut quelques 20 cm...

réaliser un facteur de sensibilité à peu près constant et de valeur aussi grande que possible pour toute la surface de l'objet, ce qui implique un éclairage et une observation (par l'hologramme) eloignés de l'objet et en direction aussi proche que possible de la normale;

une énergie lumineuse suffisante (ce qui implique une distance plutôt faible entre l'objet et l'hologramme) et correctement répartie entre l'onde-objet et l'onde de référence dans le plan de l'hologramme

le bon réglage du filtre spatial et, en général, un éclairage uniforme de l'objet et de l'hologramme (si l'objectif seul produit un éclairage correct, il n'y a pas besoin de filtre spatial;

l'élimination de tout éclairage parasite qui pourrait provenir d'une deuxième réflexion à l'intérieur des éléments optiques, ou des réflexions (même diffuses) de la part des différents supports, etc.);;

bien répérer sa position par rapport aux éléments optiques avant d'occulter la salle, compte tenu du fait que la sollicitation de l'objet doit être faite dans l'obscurité totale; avoir sur soi la lampe de poche;

régler le miroir semi-transparent pour réaliser un rapport entre les intensités de l'onde de référence et l'onde-objet, dans le plan de l'hologramme, entre 3:1 et 10:1; cette condition assure une bonné efficacité de la diffraction et un bon contraste.

6.3 Pour obtenir une bonne superposition en temps réel avec des franges d'interférence bien contrastées pour la mesure des fréquences propres et des distributions d'amplitudes de vibration

Afin de pouvoir satisfaire aux conditions draconiennes imposées par cette très puissante technique on recommande aux étudiants de respecter quelques consignes:

6.3.1 Ne pas toucher la table, à partir du moment de l'enregistrement et jusqu'à la fin de la séance; ne produire aucun bruit pendant l'enregistrement;

6.3.2 et ne pas rester trop près de la table d'holographie pendant l'enregistrement ou pendant l'observation en temps réel. Ne pas oublier que les franges d'interférence sont produites en égale mesure par les variations géométriques des chemins optiques (par exemple déformation de l'objet) et par les modifications de l'indice optique de réflexion de l'air, dûes aux modifications thermiques ou de composition chimique. SINON...(image obtenue au cours d'une séance de TP de ce type)

6.3.3 Préparer et mettre en place les moyens d'excitation de l'objet AVANT l'enregistrement de l'hologramme, car toute manipulation ultérieure de ces éléments risque fort de perturber, voir de mettre fin à l'expérience.

6.3.4 Faire le plan du montage utilisé et une mesure aussi précise que possible des positions (x, y, z) des différents éléments (y compris l'objet); cette étape est strictement nécessaire pour l'interprétation quantitative correcte de la carte des amplitudes de vibration

Attention, l'enregistrement holographique est réalisé au cours d'une seule et unique exposition, l'objet étant immobile (l'état initial). Il faut être conscient que c'est à la situation existante à cet instant qu'on va comparer ensuite, tout au long de la séance, l'état courant. Cela signifie qu'il faut prendre d'avance toutes les mesures nécessaires pour qu'à partir du moment de l'enregistrement et jusqu'à la fin de l'expériment, les seules modifications d'ordre géométrique ou thermique soit celles dues à l'état (par exemple vibratoire) de l'objet. L'enregistrement est effectué après avoir installé et réglé en position finale le dispositif qui serta utilisé, plus tard, pour solliciter l'objet (excitateur de vibrations connecté mais pas alimenté). Pour ces raisons, il est formellement interdit de toucher à la table d'holographie ou aux éléments du montage holographique pendant toute la période entre le début de l'enregistrement de l'hologramme et la fin de la séance. La superposition parfaite entre 1) l'onde qui provient de l'hologramme de l'objet dans l'état initial et 2) l'onde diffusée par l'objet lui-même (vibrant ou non) au cours de l'observation doit être maintenue pendant toute la durée des travaux. En règle générale, toute modification accidentelle de la position d'un élément du montage signifie la perte à jamais des conditions nécessaires à l'observation en temps réel, donc la fin sans succès de la séance de TP

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