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THESE - Caractérisation d'une cellule de mesure Electro-Acoustique-Pulsée pour la qualification électrostatique des diélectriques spatiaux : modélisation électro-acoustique et traitement du signal


cellule de mesure Electro-Acoustique-PulséeArnaout, Mohamad Abed Al Rahman
Directeur de thèse : Berquez, Laurent Baudoin, Fulbert
Ecole doctorale: Génie électrique, électronique, télécommunications (GEET)
laboratoire/Unité de recherche : Laboratoire PLAsma et Conversion d'Energie (LAPLACE), UMR 5213
Mots-clés libres : Charge d'espace - Matériaux diélectrique - ESD - Déconvolution - Matrice Toeplitz - Méthode électro-acoustique pulsée
Sujets : Electricite, électronique, automatique

SOMMAIRE : 


INTRODUCTION 

CHAPITRE 1 : INTERACTION ENTRE L’ENVIRONNEMENT SPATIAL ET LES MATERIAUX DIELECTRIQUES 

1 L’ENVIRONNEMENT SPATIAL DU SATELLITE 

1.1 Les différentes orbites
1.2 Morphologie de la magnétosphère  

2 PHENOMENES DE CHARGE D’UN SATELLITE 

2.1 Les facteurs de charge
2.1.1 Charge absolue
2.1.2 Charge différentielle
2.1.3 Charge externe
2.1.4 Charge interne
2.2 La charge d’espace
2.2.1 Définition
2.2.2 Le piégeage des charges
2.2.3 Influence de la charge d’espace sur le champ électrique
2.2.4 Mécanisme de transport
2.2.4.1 Dans le volume
Courant transitoire
Courant limité par la charge d’espace
2.2.4.2 A l’interface
2.2.4.3 La conduction électrique
2.2.4.4 La conductivité induite sous rayonnement ou RIC (Radiation Induced
Conductivity)
2.2.4.5 Emission électronique secondaire  

3 PROBLEMATIQUE DE LA DECHARGE ELECTROSTATIQUES 

3.1.1 Le perçage diélectrique : Punch through
3.1.1.1 Claquage intrinsèque par avalanche d’électrons
3.1.1.2 Claquage thermique
3.1.1.3 Claquage diélectrique par déstabilisation de la charge d’espace
3.1.2 La décharge de surface : flash over
3.1.3 L’expansion de charge d’espace : blow-off
3.1.4 Théorie de la décharge 

4 LES DIELECTRIQUES SPATIAUX 

4.1 Le PolyTétraFluoroEthylène.
4.2 Le Polyimide  

CHAPITRE 2 : DISPOSITIFS EXPERIMENTAUX POUR LACARACTERISATION ELECTRIQUE DES MATERIAUXSPATIAUX  

1 TECHNIQUES MACROSCOPIQUES POUR LA MESURE DES EFFETS DE LA CHARGED’ESPACE 

1.1 Mesure du potentiel de surface
1.2 La méthode des courants thermostimulés
1.3 La méthode miroir  

2 TECHNIQUES LOCALES POUR LA MESURE DE LA CHARGE D’ESPACE 

2.1 Méthodes thermiques
2.1.1 La méthode d’impulsion thermique .
2.1.2 La méthode LIMM
2.1.3 La méthode de l’échelon thermique (TSM)
2.2 Méthodes acoustiques
2.2.1 La méthode PIPWP (Piezoelectrically Induced Pressure Wave Propagation)

2.2.2 La méthode LIPP (Laser Induced Pressure wave Propagation)
2.2.3 La méthode PEA (Pulsed Electro-Acoustic)
2.2.4 PEA 3D
2.2.5 PEA sans contact  

CHAPITRE 3. MODELISATION ELECTRO-ACOUSTIQUE DE LA CELLULE PEA 

1 LA METHODE PEA  

1.1 Principe de base d’une cellule de mesure PEA
1.2 Performances du système
1.2.1 Sensibilité
1.2.2 Résolution
1.2.3 Temps de la mesure 

2 MODELISATION DE LA CELLULE PEA  

2.1 Géométrie du modèle
2.2 Sous-domaines associés à la géométrie
2.3 Physique associée aux sous-domaines
2.3.1 Domaines avec source acoustique
2.3.1.1 La charge électrique
2.3.1.2 Le champ électrique impulsionnel
2.3.2 Domaine piézoélectrique
2.3.3 Domaine sans source acoustique
2.4 Conditions aux limites
2.5 Techniques numériques pour la résolution des équations différentielles
2.5.1 Choix de la technique
2.5.2 Méthode des éléments finis
2.6 Résolution des équations de la propagation  

3 RESULTATS DE SIMULATION 

3.1 Etude de la génération de l’onde acoustique
3.2 Propagation de l’onde acoustique dans la cellule
3.3 Influence de l’épaisseur du PVDF
3.4 Influence de l’adaptation à l’interface PVDF/PMMA
3.5 Simulation d’une charge typique . 

CHAPITRE 4 : ETUDE APPROFONDIE DU TRAITEMENT DE SIGNAL REALISE SUR UNE CELLULE DE MESURE PEA 

1 ANALYSE DU TRAITEMENT DES DONNEES BASE SUR LES TRAVAUX DE MAENO [MAEN 88] 

1.1 Expression analytique de la pression à l’entrée du capteur piézo-électrique
1.2 Etape de calibration ou caractérisation de la fonction de transfert du capteur piézo-électrique
1.3 Estimation de la charge interne
1.3.1 Synoptique général
1.3.2 Filtre de Wiener
1.3.3 Filtre gaussien
1.4 Conclusion  

2 UNE NOUVELLE APPROCHE POUR LE TRAITEMENT DES DONNEES D’UNE CELLULE PEA

2.1 Notre approche
2.2 Identification et analyse de la matrice de transfert de la cellule PEA
2.2.1 Ecriture de la fonction de transfert d’une cellule PEA sous forme matricielle : la matrice Toeplitz
2.2.2 Le nombre de conditionnement de la matrice de transfert
2.2.3 Optimisation du nombre de conditionnement : influence des grandeurs électroacoustiques
2.2.3.1 Les grandeurs électroacoustiques étudiées
2.2.3.2 Analyse du nombre de conditionnement pour différentes configurations
2.3 Estimation de la charge interne
2.3.1 Méthode de régularisation de Tikhonov
2.3.2 Identification du paramètre λ par la méthode L-Curve
2.3.3 Analyse des résultats  

CHAPITRE 5 : UNE NOUVELLE METHODE DE CALIBRATION POUR LE TRAITEMENT DU SIGNAL D’UNE CELLULE PEA 

1 ANALYSE DETAILLEE DE LA NOUVELLE METHODE DE CALIBRATION 

1.1 Les grandes étapes de la nouvelle méthode de calibration
1.2 Influence des paramètres de la gaussienne sur l’estimation des charges
1.3 Méthode d’identification des paramètres de la gaussienne
1.3.1 Méthode directe
1.3.2 Méthode itérative
1.3.3 Optimisation de la procédure pour l’estimation de l’étalement de la Gaussienne  

2 ETUDE COMPARATIVE DE DEUX METHODES POUR LE TRAITEMENT DU SIGNAL D’UNE CELLULE PEA 

2.1 Analyse du nombre de conditionnement
2.2 Analyse de la résolution spatiale
2.2.1 Etude n°1 : épaisseur capteur 9 μm – distance l = 10 μm
2.2.2 Etude n°2 : épaisseur capteur 1 μm – distance l = 10 μm
2.2.3 Etude n°1 : épaisseur capteur 1 μm – distance l = 5 μm .
2.3 Analyse de la sensibilité des deux méthodes aux bruits de mesure
2.3.1 Notion de bruit et définition du rapport signal sur bruit .
2.3.2 Analyse des résultats  

3 APPLICATION DE LA NOUVELLE METHODE DE DECONVOLUTION SUR DES SIGNAUX EXPERIMENTAUX 

3.1 Déconvolution d’un signal de tension faiblement bruité (10000 acquisitions)
3.1.1 Etape de calibration et estimation des charges capacitives
3.1.2 Estimation des charges sur un échantillon PTFE irradié
CONCLUSION ET PERSPECTIVES
RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES 


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Ditulis oleh: younes younes - vendredi 26 octobre 2012

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