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d'~lectronique de l ' uni versité du Qu~bec ~ Trois-Ri vi ~res miritent mes t'· ",· rrr"'· t~ c i " Liste des ouvrages cit~s dans le c hapitre II • CHAPITRE III: ait plus de contribution de la part des dip51es permanents, seule la champ €lectrique est pr€sent dans le milieu et il approche une valeur modifie c ()mme ;: I l i t :

d'Imagerie, de Vision et d'Intelligence Artificielle de l' TS, Universit du Qu bec Je suis tr s reconnaissant Madame Sylvie DORE et Monsieur Alain La v rification des tol rances est pr sent e dans le chapitre 4 ; une m il est n cessaire que le mod le de conception CAO mod lise la pi ce de la mani re de mat riaux mous

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UNIVERSITE DU QUEBEC

THESE

PF.:ESEtHEE A

L'UNIVERSITE

DU QUE BEC A TROIS-RIVIERES

COMME EXIGENCE PARTIELLE POUR L'OBTENTION

DU DOCTORAT ES SCIENCES (ENERGIE)

PAF.:

RICHARD CHAH 1

Irlg. :$: B. Sc. App. (PH'/SIQUE)

Sc. (PH\'S 1 QUE)

MISE EN OEUVRE D'UN SPECTROMETRE EN DOMAINE TEMPOREL POUR L'€TUDE DU COMPORTEMENT DI€LECTRIQUE

Université du Québec à Trois-Rivières

Service de la bibliothèque

Avertissement

L'auteur de ce

mémoire ou de cette thèse a autorisé l'Université du Québec à Trois-Rivières à diffuser, à des fins non lucratives, une copie de son mémoire ou de sa thèse Cette diffusion n'entraîne pas une renonciation de la part de l'auteur à ses droits de propriété intellectuelle, incluant le droit d'auteur, sur ce mémoire ou cette thèse. Notamment, la reproduction ou la publication de la totalité ou d'une partie importante de ce mémoire ou de cette thèse requiert son autorisation.

A Ifl e-::. par' e-nt::.

l Er'lEtHS

Les l cette furent

da.ns 1 e::· locaux du Laboratoire sur les sis dipartement de Physique de du Quibec Je remercier mon directeur, Docteur Tapan K. Bose, professeur au de physique, pour son manifesté dans la direction de ce travail. ::·on ::·O!Jt i ""n m'" c,nt t r· ::< expirimentaux et de la de la Mes remerciements s'adressent €ga1ement au professeur R.H. Cole d",' 1 "'Uni I,,.a6' r'::. i t.é B t"01.,1 n .; E. U. , pt'·c,f"'·::,S"'·',lt'· R. Bosi ::. i 0 d",· 1 "'Ecc,l e' Pol Vt€'chni ql,le de' r'lont r.f.a 1 , l'e' :;:·S "'·'Jt'· A. Bot t du CHF.:S d",' l' Universiti de Bordeaux l (France) et au professeur B. l'IHRS-Energie qui ont bien voulu faire partie de mon jury de Je veux exprimer ma reconnaissance pour l'intér€t special porti par le professeur Adel F. Antippa et l'en remercier ainsi que tous les professeurs du dipartement de physique à pour 1 d",' pricieuse qu'ils m'ont toujours accord€e. Le personnel de l'atelier de m€canique et ': e lui de l'université du miritent mes i ",·ment:;:. plus sincires. En plus un ouvrage de iv haute ils n'ont pas €a me dans les cas urgents. Je veux remercier aussi le personnel du centre de en particul le Docteur Jerzy Sochanski pour 'aide fournie dans la programmation. Je aussi remercier la direction de l'INRS-Energie et la

Direction de l'Enseignement pour m'avoir la

de poursuivre mes de

Mes remerciements

s'adressent aussi a tous membres de l'iquipe de recherche du Laboratoire sur les et plus particulièrement au Docteur J.M. St-Arnaud pour sa patience dans la revision de ce travai 1 et a monsieur Raymond Courteau pour la des dessins. Les budgets nicessaires au maintien de l'{quipe de recherche et a l'apport de nouveau furent fournis par le Conseil de la Recherche en Sciences Naturelles et en Ginie, par le Ministire de l'Education du (FeAC) et par du Quèbec a Trois- (FIR). Je timoigner de ma gratitude a ces organismes. Mon amicale reconnaissance va enfin a tous ceux qui m'ont dans la rialisation de ce travail, et plus i Monsieur

Remy Simard du dipartement pour son aide en

F.:ESUt-1E

La Spectroscopie dans le Domaine du Temps (SDT)

une technique qui permet d'observer la temporelle d'un systime physique soumis a un champ le domaine du temps peut €tre dans le domaine de la en utilisant les des de Fourier. L' attrait majeur de cette dans sa de couvrir une large bande de avec une seule mesure, car l'impulsion d'excitation qu'on applique le système contient simultaniment toutes les les nombreuses 10giciellE's, E't que nous avons la du point de vue de l'analyse et de l'acquisition que du point de vue du traitement dE's, si gna,l.l::(, i 1 no u s' E'S, t rÎI,::t, in t E'n,::t,nt possible d'obtenir des tris entre 100 KHz

10 GHz.

Hous .3.pp 1 i ql.l,:ons ,

::t, 1 .,' É-t ude dlJ de quelques alcools normaux et la mesure de petites quantitis d'eau dans de 1 "'hLlilE' (-'''1;,;).

TABLE DES MATIERES

REMERCIEMENTS

RESUME .

TABLE DES MATIERES

INTRODUCTION .

CHAPITRE 1: THEORIE DES DIELECTRIQUES ..

1.1 Thiorie macroscopique de la relaxation ditlectrique

1.1.1 de la polarisation diilectrique

1.1.2 Fonction de •

1.1.3 Relation entre la fonction de temporelle

et la complexe.

1.1.4 Relaxation

1.1.5 Thtorie de la dispersion dillectrique.

1.2 Thiorie microscopique de la dispersion di€lectrique

Liste des ouvrages citis dans le chapitre 1.

PAGE i i i v vi 5 6 n o 9 17 25
vii

II: SPECTROSCOPIE DANS LE DOMAINE DU TEMPS 26

1 nt t··Odl.l': t i c.n 26

2.1 dans domaine du (SDT). 35

2. 1. 1 Principe base.

2.1.2 Effets des €

1 i lion.

2.1.3 Effets la longueur de • 41

2.1.4 Effets de la terminaison

2.1.5 Configurations du SDT 45

2.1.6 d'analyses temporelle et

2.1.7 de la 52

2.2 de

2.2.1 multiples ichantillon dans une ligne

2.2.2 totale d'un i

d'une ligne ouverte. 61

2.2.3 totale d'un

2.2.4 de transmission. 64

2.3 détaillée des méthodes expérimentales

2.3.1 Méthode d'évaluation directe de la fonction

d'un échantillon dans ligne €• 65

2.3.2 à court 76

2.3.3 Mithodes 80

2.3.4 Terminaison :36

2.3.5 Terminaison circuit 87

2.3.6 €la solution

2.3.7 la solution 90

1 C"""'

2.3.8 Comparaison des et indirectes.

2.3.9 Limites des m€thodes d'analyses

Liste des ouvrages dans le chapitre II •.

CHAPITRE III: PROCEDURE EXPERIMENTALE & PROBLEMES INHERENTS A

LA SDT.

1 tHRODUCT 1 Ot·j •

3.1 exp€rimentale

3.1.1 Equipement de base

3.1.2 Prise des signaux et traitement des donnies.

3.1.3 d'acquisition de donnies

3.1.4 la m€thode SDT

3.2 Erreurs al€atoires.

3.2.1 Erreurs a court terme

3.2.2 Erreurs a long terme.

3.3 Erreurs .

3.3.1 R€flexions parasites.

3.3.2 Non-linéaritis du •

3.3.3 Calibration erronnie de du temps.

3.3.4 Distortion des signaux ..

3.4 Logiciel pour l'analyse des

3.5 empiriques des signaux mesur€s en SDT

Liste des ouvrages dans le chapitre III.

CHAPIHOE IV: EQUIPEMENT EXPERIMENTAL.

1 nt t"oduc t i on

4.1 Montage expirimental.

viii 94
'38 101
104
104
105
114
119
11 '3 122
124
128
131

1 :;:5

1 :;:6

136
1 :37 ix

4.2 d'impulsion diode tunnel

141

4.2.1 et caractirisation de l'impulsion 141

4.2.2 La diode tunnel.

144

4.2.3 Le d'impulsion hp-1105A/1106B 14';l

4.2.4 Problimes au diclenchement de la

di c,de t, IJnne 1 155

4.2.5 Solutions partielles des de

161

4.3 Mesure de l'impulsion

4.3. 1 d'un appareil de mesure dans le

domaine du temps.

4.3.2 Oscilloscope ichantillonnage 168

4.3.3 Circuits de base d'un oscilloscope

llonnage. 170

4.3.4 Tite d'ichantillonnage hp-1430C 176

4.3.5 techniques de l'amplificateur

vertical et de la base de temps hp-1181A.

4.3.6 techniques de l'osci lloscope

mc,dè'le hp-181A . 185

4.5 Cel Iule de mesure et contrdle de la l ,;).,

Acquisition des . 191

4.6.1 Uniti de contrale ND-4420. 192

194

4.6.3 Convertisseur analogique/numirique (CAN) ND-560. 194

4.6.4 Piriphiriques du d'acquisition. 195

4.6.5 Interface mini-ordinateur/ordinateur-central 195

4.7 l'acquisition des 197

4.7.1 successif et synchronisi 198

4.8 Rialisation pratique de la mithode ESS.

4.8.1 Contr8le de la base du temps.

4.8.2 Circuits auxiliaires de diclenchement.

4.8.3 Interface analogique et circuits de traitement

4.8.4 Al imE'nt,aticln .

4.8.5 pratique des circuits.

Proc€dure de mise en route des circuits de

Liste des ouvrages cit4s dans le chapitre IV .

CHAP l TRE l,:,: ETUDES EXPERIMENTALES: RESULTATS & DISCUSSION 5.1

5.1.1 Configuration

5.1.2 d'analyses.

5.1.3 de l'origine des temps.

5.2 Comparaison des des analyses.

5.2.1 Analyses friquentielles.

5.2.2 Analyse directe dans l'espace des temps.

5.2.3 Comparaison et choix d'une d'analyse

5.3 Application de la mithode SnT au dosage de petites

d'eau dans l'huile.

5.3.1 d'une imulsion de type

co . .., .-, diff4rentiel le

5.3.3 Priparations des 4mulsions d'eau saline dans

202

2ü2

2ü4

213
214
214
214
221
'-1'-''-1 c:..:::...::. 222
22:3
224
225
23[1
242
245
,-. C" C' '::',_I.J 256
260
265
xi

5.:3.4 RÉ-sl_ll t, .. :tot.;:. 266

List.e des ouvrages citÉ-s dans le chapitre V •• 284

1 • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •• 285

nu CHAF' 1 TRE 'yi • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •• 2:38

APPENDICE: DEVELOPPEMENT DETAILLE DE LA METHODE TEMPORELLE.. 432 l t·jTF.:ODUCT l OH La "spectroscopie dans le domaine du temps" (SDT) est un terme qu'on uti 1 ise pour indiquer une technique d'observation de la réponse temporelle d'un physique 1 .. ' .3,p pli c .3, t. ion d .-lA n ': h ,3,m p variable. QU'··E·llE· :;.oit mesur4e sous forme charge ou autres observables connexes, 1.3, t-·épon:;.E· caractéristique est une réelle fonction du temps

CE'C i

d'une complexe exprimant des relations d'amplitude et de phase en a un champ sinusoidal de principe, de donner la mime information mais exprim4e La relation entre les deux expressions itant par la transformde de

Fourier ou son inverse.

L'attrait majeur des mesures dans le domaine du temps r€side dans le fait qu'avec une seule mesure rapide, ces m4thodes fournissent des informations continues sur une large bande de temps ou de ft-·É-ql.JE·nc E·. Ce qui présente un grand avantage sur 1 E'S méthode::. fr équentielles de point par point, car l'information qu'on en d€duit n' est valable que pour la d'excitation. 2 Pour des raisons purement techniques, dl,l c ement di Él E'ctr'i ql..le mithodes temporel les fut dans le passe aux processus 1 E'nt s, qUE'l ques. à dE·S. dE' r·e 1 i I:.n i dE's" tel s· ql..li i S.S.E·nt

I:.n i t t ec hn i qUE·S.

n.{c E·S·S· i t et un

i nl .... E·S.t i S.S.E·rilE·nt important en matÉriel car spÉcifique pour chaque bande

de frÉquence, surtout dans la rigion des micro-ondes •

Les progris au milieu .

tE'chnol Ol;li e dE' d'observation de forme d'onde rapide, nClt di ode' t unnE·l 1 d "'Ut'I commercial qui, en principe, permet la mesure dynamique des dE' i de's tels de's, micro-ondes. Mais cause des erreurs d'une part au tel et d'autre part aux d'analyse et de par ces nouvelles mÉthodes furent plutBt qualitatifs que quantitatifs.

En l'objectif principal

les aspects thÉoriques des mithodes d'analyse d'une part, et d' autre part risoudre les expirimentaux afin de mettre au point l,ln E·ns.E·mb le c t de spectromÉtrie capable de couvrir avec pricision la de la bande friquentielle de l'appareil . t

·ll:'us. l "'''=.

. i 10ns· 3 matirielles que nous apportons mithode SDT tant sur le plan du de mesures que sur le plan de traitement on peut couvrir avec une bonne la bande passante allant de 100 KHz 1 10 GHz qui est di sp,:.n i b 1 e .;"\ .. '.;:.,: le actuel.

De plus, nous comparons les m{thodes d'analyse et

temporelle des riponses observies et nous montrons que d'analyse temporelle que nous avons offre une bonne alternative aux mithodes d'analyse friquentielle. Finalement, 4tant donn4esla rapiditi et la pr4cision du snT tel que nous l'avons mis ::;·on .;..pp 1 i C .;..t i on d.;:·',.' i E'nt tris prometteuse pour la caract4risation des ( application inerg{tique des micro-ondes, c.:s.lcl.lls et d'applicateurs). dispositif qui permet de mettre en de faibles quantit{s d'impuret4s dans un mat4riau, 4galement intirissant dans le domaine industriel quand il est nE": e::;·::;··;.., t-'E' diverses applications) de conserver les d'un (pr{sence d'eau saline dans les hydrocarbures, qualit4s d'un semi-conducteur, pr4sence d'eau dans les isolants ..• ,. Dans ce travail, avoir itudi4 l'influence de traces de P'",'Ac d.;..ns le nous avons effectu4 de l'influence de petites quantitis d'eau €dans de l'huile (01%). Ces nous ont permis de montrer la de notre dispositif. t t' .;"',,'.;" i 1 c ompt'';:'nd C' ._,

Le::; thÉ-ot-· i ';:'::;.

4 macroscopique et microscopique des font 1 .-' obj du chapitre 1. Dans le chapitre II, nous exposons la SnT et donnons un aperçu des configurations e·){pe·r·l 1 e·::·.

Ensuite, nous en les d'analyse

Dan::. le chapitre III, nous la

et nous des solutions aux

à. 1 a. SDT. Dans l' .. '

0' nOljS e::{p 1 i ql.j(:on::. 1 e·s di '·)erse·::· composantes de notre montage alors que le chapitre V a pour objet la et la discussion de nos résultats Le travail est par une annexe au chapltre V et parquotesdbs_dbs13.pdfusesText_19

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