Modélisation d’un résonateur cylindrique massif

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♣ Contenu du memoire

INTRODUCTION
Chapitre 1 : Introduction, état de l’art, définition du principe à mettre en œuvre, cahier  des charges
1.1 Introduction
1.1.1 Historique de l’idée, objectif du projet
1.1.2 Le givre et sa détection
1.1.3 La magnétostriction
1.1.3.1 Les principaux phénomènes de magnétostriction
1.1.3.2 Autres effets
1.1.3.3 Origine de la magnétostriction
1.2 État de l’art
1.2.1 Étude d’un capteur existant, le capteur Rosemount
1.2.1.1 Étude de documents constructeurs du capteur Rosemount
1.2.1.2 Grandeurs à mesurer
1.2.1.3 Sensibilités
1.2.2 Principe des résonateurs magnétostrictifs
1.2.2.1 Expression du coefficient de couplage magnéto-mécanique k en fonction des perméabilités
1.2.2.2 Expression du coefficient en fonction des densités d’énergie
1.2.2.3 Résonateur magnétostrictif
1.2.3 Étude de résonateur à ruban : étude bibliographique
1.2.4 Fréquence de résonance, effet d’une masse additionnelle adhérente à un résonateur à ruban
1.2.4.1 Fréquence de résonance
1.2.4.2 Effet d’un dépôt de masse uniformément répartie
1.3 Cahier des charges
Chapitre 2 : Mise en œuvre et modélisation d’un résonateur cylindrique massif
2.1 Modélisations de la réponse en fréquence du résonateur, effet d’une masse sur la fréquence de résonance
2.1.1 Modélisation par propagation d’ultrasons longitudinaux dans un solide, problème à une dimension, sans pertes
2.1.2 Effet d’un dépôt de givre
2.1.3 Modélisation par propagation d’ultrasons longitudinaux dans un solide, problème à une dimension, avec pertes
2.2 Mise en œuvre du résonateur cylindrique massif : mauvais choix et tâtonnements
2.2.1 Le montage
2.2.2 Création d’une déformation par application d’un champ magnétique
2.2.3 Le choix du matériau
2.2.4 Mauvais choix : le Terfenol-D TM
2.2.5 Essais : mesures par une bobine
2.2.6 Mesures de déplacement
2.2.7 Mesure du déplacement à l’aide d’un accéléromètre
2.2.8 Mesures de déplacement à l’aide d’un vibromètre
Chapitre 3 : Mise en œuvre et modélisation d’un résonateur à lame
3.1 Mise en œuvre d’un résonateur à lame
3.1.1 Premier essai : résonateur à lame de nickel
3.1.1.1 Principe du résonateur
3.1.1.2 Réalisation pratique du prototype
3.1.1.3 Le résonateur
3.1.1.4 Essai
3.1.1.5 Mesures optiques
3.1.1.6 Analyse
3.2 Mise en œuvre d’un résonateur à ruban
3.2.1 Propriétés des rubans amorphes
3.2.1.1 Les amorphes magnétiques
3.2.1.2 Anisotropies
3.2.1.3 Les rubans magnétostrictifs
3.2.1.4 Traitements thermiques
3.2.1.5 Le ruban : 2605SC de Metglas TM
3.2.1.6 Le ruban : 2826MB de Metglas TM
3.2.2 Mise au point d’un résonateur
3.2.2.1 Choix de la polarisation
3.2.2.2 Difficultés de mise au point
3.2.2.3 Mise au point
3.2.2.4 Résultats
Chapitre 4 : Modélisation d’un résonateur magnétostrictif à ruban, réponse en fréquence
4.1 Modèle et équations
4.2 Équations de la magnétostriction
4.3 Expression de la déformation
4.3.1 Équation du mouvement
4.3.2 Expression de la solution type
4.3.3 Conditions aux limites
4.3.4 Équations à résoudre
4.3.5 Expressions de la déformation
4.4 Expression de la perméabilité
4.5 Expression de la tension aux bornes, fonction de transfert
4.6 Expression du module
4.7 Définitions des paramètres du modèle
4.7.1 Paramètres du modèle
4.7.2 Paramètres d’ajustement
4.8 Étude de la réponse en fréquence du modèle
4.8.1 Influence de la géométrie de la bobine de mesure (position et longueur)
4.8.2 Influence du couplage magnéto-mécanique
4.9 Étude du rapport entre fréquence de résonance et d’antirésonance
4.10 Apports du modèle
Chapitre 5 : Validation du modèle établi, application à la caractérisation de ruban
5.1 Dispositif expérimental
5.2 Les résonateurs testés
5.3 Premières mesures avec un ruban industriel optimisé pour la résonance
5.3.1 Étude des premiers harmoniques
5.3.2 Caractérisation du résonateur en NiFeCo
5.3.2.1 Réponse en fréquence
5.3.2.2 Évolutions des paramètres du modèle et des grandeurs électriques
5.3.2.3 Étude du coefficient de couplage, courbe de magnétostriction
5.3.3 Étude de l’amortissement
5.3.3.1 Pertes ferromagnétiques et mécaniques
5.3.3.2 Pertes par frottement
5.3.3.3 Évolution de l’amortissement avec l’amplitude de l’excitation
5.3.4 Incertitudes de mesures
5.3.4.1 Incertitudes des grandeurs mesurées
5.3.4.2 Incertitudes des paramètres k33, VM0, Y et η.
5.3.4.3 Incertitudes des paramètres de la pente d et de la déformation ε.
5.4 Caractérisation de rubans de 2605SC et 2826MB
5.4.1 Caractérisation de résonateurs en 2605SC
5.4.1.1 Réponses en fréquence
5.4.1.2 Évolutions des paramètres
5.4.1.3 Courbes de magnétostriction
5.4.2 Caractérisation de ruban de 2826MB
5.4.2.1 Réponses en fréquence
5.4.2.2 Évolution des paramètres
5.4.2.3 Effet de la longueur
5.4.2.4 Courbes de magnétostriction
5.5 Nickel
5.5.1.1 Réponses en fréquence
5.5.1.2 Évolution des paramètres
5.5.1.3 Courbe de magnétostriction
5.5.2 Problème de la mesure des courbes de magnétostriction
5.6 Apports du modèle
Chapitre 6 : Mesure de givrage
6.1 Le givre, sa mesure
6.1.1 Le givre
6.1.2 La gelée blanche
6.1.3 Le verglas
6.1.4 Autre classification
6.1.5 Surfusion
6.1.6 Températures favorables à la formation du givrage
6.2 Mesures en météorologie
6.2.1 Échelles
6.2.2 Mesures
6.2.3 Les radars météorologiques
6.2.4 Les satellites météorologiques
6.2.5 Cas particulier de la mesure du givre
6.2.5.1 Mesures à l’échelle de la dizaine de kilomètres.
6.2.5.2 Mesures locales par anémométrie laser
6.3 Mesures de givre à l’aide d’un résonateur magnétostrictif
6.3.1 Mesures de dépôt de givre
6.3.2 Principe de la mesure
6.3.3 Ruban utilisé
6.3.3.1 Effet de la dilatation thermique
6.3.3.2 Dépendance thermique des phénomènes magnétiques
6.3.3.3 Polarisation
6.3.3.4 Évolution de la fréquence avec l’épaisseur d’un dépôt, sensibilité
Chapitre 7 : Essais en condition de givrage 
7.1 Essais idéaux
7.2 Essais réalisés au laboratoire
7.2.1 Moyens à disposition, adaptation du support
7.2.1.1 Pour les conditions de givrage
7.2.1.2 Le résonateur
7.2.2 Projection de gouttelettes à température positive
7.2.2.1 Variations de fréquence et d’amplitude provoquées par une pulvérisation à température ambiante
7.2.2.2 Étude de la dérive à température ambiante
7.2.3 Projection de gouttelettes à température négative
7.2.3.1 Expérience
7.2.3.2 Évolution de la fréquence suite à une projection
7.2.3.3 Sensibilité
7.2.3.4 Dégivrage
7.3 Essais réalisés avec du matériel mis à disposition par la société ATMOS
7.3.1 Matériel mis en œuvre, essais types
7.3.2 Essais en condition de givrage
7.3.2.1 Recherche d’un effet du givrage
7.3.2.2 Étude des courbes
7.3.2.3 Variation de la fréquence avec la température
7.3.2.4 Variation de la fréquence avec l’hygrométrie
7.3.2.5 Essai avec une lame de nickel
7.4 Vers la réalisation d’un capteur de givre
7.4.1 Avancement des travaux
7.4.2 Projet de prototype
7.4.3 Perspectives
Chapitre 8 : Conclusions 
Bibliographie
ANNEXE 1 : Résolution des équations vérifiées par E
1.1 Passage à trois inconnues
1.2 Passage à deux inconnues
1.3 Expression de E
1.4 Expression de E2r
1.5 Expression de E1i
1.6 Expression de E1r
ANNEXE 2 : Première publication
RÉSUMÉ

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