Sujet 07 - document complémentaire - (paristech.institutoptique.fr) au

Projet système lidar Cohérent L. Lombard -­‐ B. Augère ONERA Historique: année 1 Lidar vélocimètre cohérent Montage réalisé Vitesse d’une cible λ = 1.55µm Inj. Laser Détecteur Mélange hétérodyne Vitesse V VibraWon vvib Traitement Signal Décalage en fréquence par effet Doppler. v(t): vitesse cible projetée sur l’axe laser. Décalage: Δf = 2 v(t) / λ Cible tournante -­‐1
2/ λ = 1.3 MHz/(ms ) @1.55µm v(t) ihet(t) = i0 cos(2π Δf t) Δf = 2 v(t) / λ Analyseur de spectre ihet(t) Transformée
de Fourier
oscilloscope Fréquence = vitesse 2
Historique: année 2 Lidar micro espion +100MHz λ = 1.55µm MAO Inj. Laser Décalage Fréquence de fMAO Détecteur Haut parleur Mélange hétérodyne Tuner radio réglé sur fMAO Dérivée du son +100MHz λ = 1.55µm Le son est écouté opQquement à distance grâce à un simple démodulateur FM réglé sur la fréquence de décalage du modulateur acousto opQque (MAO) Vitesse d’une tornade
(mais puissance laser insuffisante) MAO Inj. Laser Décalage Fréquence de fMAO Détecteur Mélange hétérodyne Spectromètre 3
Micro espion Vitesse du vortex Le faisceau laser est décalé de 100MHz par MAO puis par effet Vortex
Doppler sur les parQcules du vortex. Mesure de la fréquence => vitesse du vortex À quoi ressemble le lidar fibré? Coupleurs fibrés : 90/10 et 50/50 Modulateur
acousto-optique λ = 1.55µm Photodiode MAO Inj. Laser Émission /
réception Détecteur Mélange hétérodyne Traitement Signal Matériel parQellement Onera => à racheter pendant le TP système 4
Vitesse V VibraWon vvib ProposiWon de travaux •  Comprendre le lidar cohérent –  Connaître les différents lidars cohérents et les applicaQons: vibrométrie, vélocimétrie –  Comprendre les méthodes de mesure, les limitaQons et les sources de bruit (mini stage de 1 jour à l’Onera si possible). •  2 axes de travail (au choix de l’équipe d’élèves) –  En faire un TP (un ou plusieurs montages précédents) •  Nécessite une compréhension fine de la détecQon cohérente •  DéfiniQon des expériences à faire pour amener les futurs élèves de TP à une bonne compréhension des phénomènes –  En faire un démonstrateur transportable (a priori vélocimètre) •  MinimisaQon et intégraQon sur une mini table opQque •  Dans les deux cas: –  Composants opQques et électroniques: approvisionnement (remplacement des composants Onera): définiQon, choix, recefe –  Mécanique : concepQon mécanique (opQque d’emission / récepQon), fabricaQon de la cible –  Traitement de signal 5
Principe du lidar fibré vélocimètre et vibromètre MAO: modulateur acousto-­‐opique (décalage de fréquence) λ = 1.55µm MAO Inj. Laser EDFA Décalage Doppler : Δf = 2 v(t) / λ 1.3 MHz/(ms-­‐1) @1.55µm Décalage fréquence Détecteur Mélange hétérodyne Vitesse V VibraWon vvib Traitement Signal ihet(t) = i0 cos(2π f(t) t) f (t) = fMAO + 2 V/λ + 2 vvib(t)/λ Exemple de spectre de vent (air) (vélocimètre) 6
Still air
Going away air
Coming near air
Pas de Doppler 400
Exemple de spectre de vibraWon (vibromètre) 300
100
0
40
Doppler posiQf Vitesse < 0 50
|TF(vvib)| Power spectral density (a.u.)
500
200
Cible solide ou air (par ex. fumée) v(t) = V + vvib(t) Doppler négaQf Vitesse > 0 60
70
80
Frequency (MHz)
90
100
Fréquences modales f planning •  Avant semaine 43: bibliographie préparatoire sur les lidars cohérents et détecQon cohérente •  Semaine 43 –  Visite des labos de l’Onera –  Manip sur lidar fibré Onera –  Prise en main des montages: Vélocimètre, micro espion, éventuellement tornade –  Matériel, tâches à prévoir, planning, réparQQon •  Projet Système 2+3 –  RéalisaQon du TP ou fabricaQon du démonstrateur 7