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TRAVAIL A EFFECTUER

Tout en respectant les consignes de sécurité et les indications données, l'ordre normal des opérations à effectuer au cours de la séance de TP est le suivant (en gras, les étapes devant se déroulant en obscurité complète):

1  Allumer le laser en début de séance pour qu'il ait le temps (environ 30 minutes) de se stabiliser, lire avec attention, pendant ce temps, la documentation existante;

2  Vérifier les longueurs des chemins optiques pour respecter la longueur de cohérence;

3  Vérifier toutes les fixations des différents supports et du dispositif d'excitation;  ATTENTION, vous ne pourrez plus corriger des éventuelles imperfections après l'enregistrement.

4  Vérifier le bon alignement des faisceaux, le réglage des filtres spatiaux et / ou des objectifs de microscope pour avoir un bon éclairage de l'objet et une onde de référence uniforme dans le plan de l'hologramme;

5  Vérifiez et réglez, éventuellement, le rapport convenable des deux ondes dans le plan de l'hologramme; ce réglage peut imposer un réalignement des filtres spatiaux;

6  Remplissez les bacs prévus pour contenir le révélateur, le bain d'arrêt et le fixateur. Respecter les indications concernant le contenu de chaque bac et bouteille; les moindres traces ou quelques gouttes de fixateur arrivées dans le révélateur sont suffisantes pour détruire le dernier. Mettre le quatrième bac en position correcte dans l'évier, le remplir d'eau;

7  Repérer bien les positions des différents objets avant d'éteindre la lumière; ne pas oublier de se munir de la lampe de poche prévue d'un filtre vert;

8  Eteindre tout éclairage et neutraliser toute source de lumière (attention aux voyants des différents appareils); bien fermer la porte du labo;

9  Le faisceau de sortie du laser étant bloqué, mettre une plaque holographique dans son support, l'émulsion dirigée vers l'objet, attendre ensuite sans rien toucher environ 1 minute pour qu'elle revienne à la température ambiante et que tout mouvement cesse sur le plateau;

10  Effectuer l'enregistrement holographique (l'objet à l'état initial);

11  Développer l'hologramme; une fois la plaque dans le bac de lavage final, on rallume la lumière et on laisse couler un jet d'eau modéré sur la plaque pour mieux éliminer toute trace de fixateur;

12  Une fois la plaque bien séche, on la remet dans son support dans la même position que celle de l'enregistrement et on éclaire aussi bien l'objet (par la même onde d'éclairage que pendant l'enregistrement) que l'hologramme (par l'onde de référence); pour réaliser la condition de position identique il est conseillé de ne pas agir sur les réglages micrométriques du support d'hologramme qu'après avoir vu, en regardant à travers l'hologramme en direction de l'objet, un certain nombre de franges en temps réel. A partir de ce moment, on peut réduire et faire aparaître avec un meilleur contraste ces franges en actionnant avec beaucoup de précaution sur les différents réglages du support. On peut essayer aussi de modifier le rapport entre les intensités de l'onde de référence et de l'onde d'éclairage de l'objet, afin que les deux images qui correspondent aux ondes qui interfèrent (celle diffusée par l'objet lui-même et celle diffractée par l'hologramme) aient à peu près la même intensité.

13  On allume le PC et l'alimentation de la caméra CCD; on lance le programme d'acquisition d'images, on éteint la lumière et on fait les réglages de la chaîne d'acquisition pour avoir une image correcte à travers l'hologramme;

14  On allume l'oscilloscope, le fréquencemètre, l'alimentation de l'amplificateur de puissance et en final le générateur basse fréquence.Avant d'appliquer le signal, s'assurer que le signal "SIN" est sélectionné, que la fréquence n'est pas en dessous de 200 Hz et que l'amplitude est réduite.

15  En examinant sur l'écran l'image en temps réel, on détecte le maximum possible de fréquences propres, à l'aide du multimètre en position "Freq" et on lance l'acquisition d'images pour chaque distribution d'amplitudes correspondante. Contrôler en permanence à l'aide de l'oscilloscope la forme du signal à la sortie de l'amplificateur de puissance,ne permettre jamais que le signal soit limité (réduire immédiatement la tension d'entrée de l'amplificateur). Réduire l'amplitude dès que la réponse de la plaque devient trop grande.

Les images acquises seront ensuite transfèrées vers un nouveau répertoire sur le disque ZIP partagé de PC Photo.

16 On mesure et on note avec le maximum de précision les coordonnées (x, y, z) de l'objet, de l'hologramme, de la caméra CCD et du point d'éclairage de l'objet


MANIPULATIONS POSSIBLES

ET PRECAUTIONS SPECIFIQUES A PRENDRE

EN TEMPS REEL


1  Franges de déplacement statique et franges de vibration


Si l'objet se trouve dans le même état que lors de l'enregistrement et que l'hologramme occupe strictement la même position que pendant l'enregistrement , les deux ondes sont identiques et on perçoit simplement l'image de l'objet. Cette situation est assez difficilement réalisable. Sinon, par intégration temporelle effectuée par l'oeil, l'image résultante va être couverte de franges d'interférence qui suivront en temps réel l'état de déformation de l'objet ou en général toutes les modification apparues le long d'un des chemins optiques (objet ou référence). Parfois ces franges ont un contraste diminué, vu la dépolarisation de l'onde - objet par la réflexion diffuse à la surface de l'objet..

En pratique, des franges d'interférence vont presque toujours apparaître car un bon nombre de facteurs créent un écart entre la position de l'objet au moment de l'observation et son image initiale restituée par l'hologramme:

  • les imperfections des différents supports mécaniques (de l'hologramme, de l'objet, des autres composants);
  • les variations d'épaisseur de l'émulsion photographique pendant et après le développement, ainsi que la libération des contraintes internes (rémanentes) existant dans l'émulsion avant l'utilisation;
  • les variations de l'indice optique de réfraction de l'air (origines: variations thermiques, gradients de concentration chimique);
  • phénomènes de dilatations thermiques, fluage et relaxation.
    Il est donc plus que probable que l'image obtenue en temps réel pendant le TP aura, même si l'objet est immobile et dans le meilleur des cas, quelques franges statiques.
  • On peut considérer que ces franges sont dues à un déplacement de l'objet, lors de l'observation en temps réel. Après ce déplacement, on applique à l'objet une force à variation harmonique, destinée à produire un mouvement de vibration. Le couplage et la valeur de la force étant faibles, la réponse de l'objet sera très faible, sauf pour des fréquences proches de l'une de ses fréquences propres. On peut ainsi visualiser les distributions d'amplitudes en différents modes de l'objet, et mesurer en même temps la fréquence respective.

    Dans ce dernier cas, la distribution des amplitudes de vibration à la surface de l'objet sera caractérisée par la forme du mode (propre) respectif;; le long des lignes nodales, le contraste des franges dues au déplacement statique reste inchangé, ce qui permet l'identification aisée des lignes nodales.

    Au voisinage d'une fréquence propre, il faut varier très lentement la fréquence d'excitation, afin de détecter avec précision le pic de la courbe de résonance du mode respectif (figure suivante):

    2  Expériences possibles en temps réel

    2.1  Visualisation des déformations statiques ou lentement variables  

    Pendant qu'on regarde l'image des franges en temps réel et sans toucher la table, on touche doucement l'objet, à l'arrière, par exemple avec une feuille de papier, afin de le déformer. Les modifications des franges illustreront d'une manière dramatique,en temps réel, les déformations subies par l'objet.



    2.2  Visualisation des gradients thermiques dans l'air  

    Pendant qu'on regarde l'image des franges en temps réel et sans toucher la table, on interpose une partie de la main entre l'hologramme et l'objet. La chaleur autour de la main modifie localement l'indice optique de réfraction de l'air donc le chemin optique de l'onde-objet. Les modifications des franges vues en temps réel illustrent en temps réel les gradients thermiques. On peut essayer avec un petit objet encore plus chaud.

    2.3  Contrôle non destructif, dans le cas où l'objet est une structure composite, ainsi que l'étude des conditions aux limites.

    2.4  Eléments d'analyse modale concernant les vibrations de la plaque

  • La fréquence doit être à tout moment supérieure à 200 Hz, afin de ne pas exciter le mode fondamental de la plaque qui, par les valeurs très grandes des amplitudes de vibration, risquerait de produire une modification de la position d'équilibre de la plaque dans son encastrement (imparfait) ou de faire la plaque toucher l'excitateur ce qui pourrait avoir les mêmes effêts.
  • Avec ces précautions, balayer lentement la plage de fréqences entre 200 Hz - 5 kHz, trouver et mesurer précisément les fréquences de résonance et les formes des modes correspondants. Quelques exemples:
  • IMAGE

    EN

    TEMPS

    REEL

    LIGNES

    NODALES

          

  • Comparer les fréquences et les formes des modes propres avec celles indiquées par la théorie des plaques;
  • Phénomènes difficilement observables par d'autres techniques expérimentales:
    - modes de vibration composés ou distorsionnés,
    - évolution et transformation (en fréquence) des systèmes nodaux qui sont excités par des fréquences très proches,
    - visualisation et détection distincte des fréquences de résonance de phase et d'amplitude,
    - variation des fréquences et des formes des modes propres en présence d'une masse ou d'une force supplémentaire,
    -
    -
    -


  • 9 

    DEVELOPPEMENT DE L'HOLOGRAMME

    9.1 DANS L'OBSCURITE:

    9.2 AVEC ECLAIRAGE NORMAL:

    Pendant la durée du séchage: - remettre le révélateur et le fixateur dans leurs bouteilles, et remettre les bouchons; - nettoyer les surfaces de travail (paillasse humide) et les bacs qui ont contenu les substances chimiques.




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    Le compte-rendu du binôme est à rendre deux semaines après la séance de TP. Il doit contenir:

  • une courte présentation de la technique
  • le schéma exact du montage holographique utilisé
  • une description du mode opératoire
  • un relevé précis des coordonnées (x, y, z) de l'objet, de l'hologramme, de la caméra CCD et du point d'éclairage de l'objet (ces données sont indispensables pour l'interprétation quantitative des résultats, au cours du TP 3)
  • les principales difficultés
  • remarques, conclusions
  • Les images acquises et stockées sur le disque partagé ZIP de PC Photo font partie intégrante du compte-rendu

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