Table de vibration
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SISMOS à l’école Z N P Lycée technologique Jacquard 2 rue Bouret 75019 PARIS A R F E TABLE DE VIBRATION Objet de ce dossier : comment réaliser une table de vibration ? But de cette étude : avoir un outil pour pouvoir développer dans le futur des capteurs de vibration de type vélocimètre ( du purement pédagogique au capteur performant…si possible !...). Principe général retenu pour fabriquer la table de vibration. 1°) Schéma : Al iment at i on + 30V / 2,5A + noyau fer r omagnét ique Bobine 2A / 10 Ohms Bobine 2A / 10 Ohms à noyau à noyau Al iment at i on + + 15V / 2,5A _ 15V / 2,5A + Bobine 2A +15V Ampl ifi cat eur M asse puissance + génér at eur de de M asse fonct ions 15V Jean-Yves GANCEL 1/6 Les deux alimentations et le générateur de fonctions sont disponibles dans tout laboratoire de physique, ainsi que les deux bobines 2A / 10Ω (bobines Sutter par exemple). Seuls, l’amplificateur de puissance et la troisième bobine sont à fabriquer : le noyau doit s’acheter auprès d’un fournisseur spécialisé. Voir document annexe n°2 : « Comment réaliser la partie amplificateur de puissance ? » 2°) Le fonctionnement. L’alimentation continue 30V / 2,5A, sert à alimenter les deux bobines 2A / 10Ω pour obtenir deux pôles magnétiques de même nom l’un face à l’autre. (mettre les 30V ; les bobines sont telles qu’alors le courant vaut autour de 2A). L’alimentation continue + 15V, - 15V / 2,5A sert à l’apport d’énergie pour l’amplificateur de puissance. La forme de tension appliquée à la troisième bobine dépend du réglage du générateur de fonction. Comment fonctionne l’ensemble ? Les pôles fixes étant présents, la troisième bobine qui peut se déplacer sur le noyau est le siège d’un courant de fréquence variable, d’intensité et d’allure réglables. La bobine se met alors en mouvement au rythme de la fréquence imposée. 3°) Que faire avec cette table ? Dans l’immédiat, j’utilise cette table pour faire travailler mes élèves de seconde en option MPI… Voir document annexe n°1 « progression du cours de seconde MPI au lycée Jacquard » Dans le futur, il faudra améliorer la linéarité de réponse mécanique à la sollicitation électrique de vibration. Deux étapes doivent être réalisées : monter sur la table un capteur de position de manière à vérifier la fidélité de réponse de la table à la sollicitation voulue, éventuellement développer une carte pour asservir la position de la table à la commande de vibration. Dès à présent, penser au principe du capteur de type vélocimètre à développer. Conclusion. La table est fabriquée et opérationnelle dans sa première version au lycée Jacquard : toute personne intéressée pour la voir en fonctionnement peut me contacter par téléphone au lycée Jacquard. Téléphone: 01 44 84 40 00 demander Jean-Yves GANCEL En fin d’année scolaire et en fonction du travail des élèves de seconde, on pourra envisager un dossier de mesures sur cette table : • données sur la bobine qui vibre ; • réseau de courbes donnant Vs/Ve en fonction de la fréquence paramètrée en fonction du niveau de commande pour l’amplificateur ; • courbe de linéarité déplacement mécanique de la table en fonction de la commande électrique. Jean-Yves GANCEL 3/6 ANNEXE N°1 • « progression du cours de seconde MPI au lycée Jacquard » Le projet débute le 25 Mars 2008 et se termine à la fin de l’année scolaire. 25/03/2008 Découverte du projet « Sismos à l’école » à travers l’utilisation d’internet : mesure de l’impédance de la bobine qui vibre. (relevé de r sa résistance et de Z = • V son impédance d’où L son inductance) I 01/04/2008 Découverte de la table de vibration : mesures à effectuer autour de l’amplificateur de puissance de cette table Vs/Ve en fonction de la fréquence pour un niveau de tension d’entrée imposé. (chaque groupe d’élève mesure et relève une courbe) • 08/04/2008 et 15/04/2008 Recherche par groupe, à l’aide d’internet, d’un système permettant de visualiser sous la forme d’une tension le déplacement de la table de vibration. Le système ne devra pas provoquer de frottements pour la table. ( le but de ce travail est de pouvoir vérifier la linéarité de réponse de la table à la sollicitation de tension qu’on lui impose) • 06/05/2008 Exposé oral : chaque groupe d’élèves doit exposer : 1. la problématique des tremblements de terre ; 2. commenter son relevé de mesures sur l’amplificateur de puissance ; 3. proposer sa solution pour mesurer la position de la table de vibration en fonction de la tension qui la sollicite. • 13/05/2008 et 20/05/2008 Comment piloter la table de vibration à l’aide du logiciel Regressi ? Peut-on injecter le relevé réel d’un tremblement de terre dans notre table de vibration ? • 27/05/2008 et 03/06/2008 Etudier le ou les principes pour détecter une vibration : utilisation de capteurs d’accélération. En parallèle avec l’étude du projet, deux ou trois groupes d’élèves seront pris en charge par Monsieur CHIMIE NOM EXPOSE ORAL par GROUPE BOUKHRISS Amal CAVAILLON Yoann CORTES Christian COULOMBIE Yoann 8h35 8h50 ELASRI Aissa 06/05/2008 GACEM Yacine 9h00 9h15 GERMANY Jeffrey 06/05/2008 ZHENG Haifan 9h25 9h40 JUFF DOS SANTOS Bryand 06/05/2008 OUNZAB Omar 10h10 10h25 SAFRAOU Ouissem 06/05/2008 GUERVIL Florent 10h35 10h50 Découverte SONOMETRE Découverte LUXMETRE PROJET 06/05/2008 8h10 8h25 06/05/2008 01/04/2008 13/05/2008 Du 25/03/2008 à la fin de l’année scolaire 08/04/2008 20/05/2008 technicien de laboratoire pour aller faire des mesures de « sons » (à l’aide d’un sonomètre) et « d’éclairements » (à l’aide d’un luxmètre et d’un capteur solaire) à travers le lycée, comme le montre le calendrier ci-dessus. ANNEXE N°2 « Comment réaliser la partie amplificateur de puissance ? » Schéma de l’amplificateur de puissance + 15V 680 puissance 68nF 68nF Ver t e M asse 10K 100nF 2N 2907 2N 1711 Rouge 10K + Sor t i e 10K + 15V + 15V commandé TL 082 2,2K - 18K 100nF TL 082 100nF 20W 220 10K - 15V Rési st ance 1 ohm Dar lingt on N PN di ode 2,2K - 22K + + + - + + 2,2K + + 2,2K 10K 22K 47K 330K - 15V - 15V cmmandé 10K 100nF 100nF . Ent r ée 18K M asse Rouge 2N 2222 2N 1711 Ver t e M asse puissance Jean-Yves GANCEL 20W 220 di ode 68nF 68nF 680 Dar lingt on PN P Rési st ance 1 ohm 5/6 REMARQUES : Les leds vertes s’allument à la mise sous tension de l’ampli. Les diodes de puissance protègent le circuit contre une inversion de tension. L’étage d’entrée est un filtre passe-bas fait avec le premier étage du circuit TL082 n°1. Le deuxième étage assure la contre réaction avec l’étage de puissance pour contrer la distorsion de raccordement de l’amplificateur de puissance (classe B). L’étage de puissance est à Darlingtons NPN : BDX 33C et PNP : BDX 34C. L’association, résistances de 1Ω/20W et TL 082 n°2 sert à couper l’alimentation du premier étage (TL 082 n°1) dès que le courant dépasse 2A dans la charge. L’amplificateur se verrouille et les leds rouges s’allument. Pour remettre en marche normale l’ampli, après avoir changé les conditions de commande de cet amplificateur, il faut éteindre les alimentations, puis rallumer. (l’amplificateur est sensible aux très basses fréquences)
