Acquisition du signal

3.2.1

Technique d’acquisition par intégration

Une technique spécifique d’acquisition du signal appelée « acquisition par intégration » est adoptée. Dans cette technique, la caméra capte tout signal reçu pendant une durée ∆t_c

assez longue (quelques secondes) pour permettre l’intégration du signal relatif à plusieurs pulses laser sur une seule image. Au cours de ∆t_c et pour chaque pulse laser, le signal de luminescence est enregistré après une durée t suivant le pulse laser et durant un intervalle de temps ∆t_g contrôlé par le durée d’activation de l’IRO. Une image intégrée contient alors le signal correspondant à N_l = ∆f_l t_c pulses laser. Dans chaque test, N images intégrées sont _i

enregistrées et moyennées (Figure 3.11). Par conséquent, N est le nombre de pulses laser _l

2

Courbe donnée par le fournisseur du matériel optique LaVision® 0,001 0,01 0,1 1 10 100 1000 10000 20 40 60 80 100 Sb (c ount /P hot oé lé ct ron) G(%)

Banc expérimental de MTV pour les écoulements gazeux confinés

78 utilisés pour faire l’acquisition d’une seule image intégrée et N le nombre d’images intégrées _i

moyennées pour obtenir un seul point de mesure. Au final, chaque point de mesure est donc le résultat du signal de luminescence associé à K_l =N N_{i l} pulses laser.

Figure 3.11 Timing de l’acquisition d’une image dans la technique d’acquisition par intégration.

Comparée à l’acquisition simple où pour chaque pulse laser on associe une seule image, cette technique d’acquisition permet d’améliorer la qualité des images. En effet, l’intégration de plusieurs signaux sur une seule image (la caméra étant « ouverte » durant une longue durée), permet de diminuer la fréquence d’ouverture et de fermeture de la caméra et ainsi réduire le bruit associé à la conversion du signal analogique en signal numérique lors de l’enregistrement de chaque image.

Dans la suite de ce travail, le niveau du signal de phosphorescence S , pour des _p

conditions expérimentales données, est quantifié suivant la méthode montrée sur la Figure 3.12 :

1. On extrait la distribution du niveau de signal de phosphorescence S_{p xy,} dans la région d’intérêt (RI) centrée sur la ligne phosphorescente (Figure 3.12 a).

2. Pour chaque valeur de y dans la RI, on extrait le profil du niveau du signal le long de ₀

l’axe x, noté S_{p x,} (y (Figure 3.12 b) et on détermine la valeur du niveau maximale ₀) ( )

py

S y correspondante (Figure 3.12 c).

3. Enfin, le niveau de signal de phosphorescence est obtenu en moyennant S le long de _py

l’axe y : 1 y y p L py L S =

∫

S dy, (3.4)

Banc expérimental de MTV pour les écoulements gazeux confinés

79

Figure 3.12 (a) Image brute de phosphorescence de l’acétone montrant la région d’intérêt RI. (b) Distribution du niveau du signal de phosphorescence dans la RI.

(c) Profil du niveau du signal de phosphorescence en fonction de x poury=0,8 mm.

La Figure 3.12 montre que le niveau du signal de phosphorescence S est uniforme le _py

long de l’axe du laser. Cela montre que le marquage de molécules par le laser est uniforme le long de l’axe y. Cette observation à une grande importance dans la modélisation du transport de molécules marquées, qui sera présenté dans le chapitre 4.

3.2.2

Influence des paramètres d’acquisition sur la qualité du signal

Afin de tester l’influence des paramètres d’acquisition N et _l N sur la qualité du signal, _i

nous avons fait des mesures de phosphorescence dans une chambre de visualisation contenant un gaz au repos. Le mélange gazeux pour cette étude était composé de dioxyde de carbone (CO2) et d’acétone, avec une fraction molaire d’acétone

χ

2 =0, 24. Toutes les mesures que

nous présentons dans ce paragraphe ont été faites avec la même composition de gaz (chambre de visualisation fermée durant le test).

Les molécules d’acétone exposées au rayonnement laser durant une longue durée peuvent se dissocier suivant un processus de photolyse. Ce processus, fortement dépendant de l’énergie du laser (Bryant, Donbar et al. 2000), se manifeste par une diminution linéaire du

Banc expérimental de MTV pour les écoulements gazeux confinés

80 niveau du signal de luminescence au cours du temps. Dans notre cas, l’influence de la photolyse de l’acétone apparaît négligeable, comme le montre la Figure 3.13, sur laquelle aucune diminution du niveau du signal de phosphorescence n’est constatée au cours de l’enchaînement des pulses laser. Les fluctuations du niveau du signal observées sur la Figure 3.13, qui n’excèdent pas 3 %, sont en partie dues à des fluctuations au niveau de l’énergie délivrée par le laser montrées sur laFigure 3.7.

Figure 3.13 Niveau de signal de phosphorescence, normalisé par le signal de phosphorescence moyen, en fonction du nombre de pulses laser ; 0, 5µs, 0, 5µs, 100, 100 et ₂=0,24

l

g g i

t = ∆ =t N = N = χ

Afin d’analyser la qualité du signal de luminescence et plus particulièrement de phosphorescence dans ce cas de figure, nous utilisons le rapport signal sur bruit R_{S b/} : ce paramètre décrivant la détectabilité du signal est défini par R_{S b/} =S_p /bt, où bt correspond au niveau de bruit obtenu en calculant la moyenne du niveau du signal suffisamment loin de la ligne phosphorescente.

L’évolution du rapport signal sur bruit en fonction de N et de _l N est illustrée par la _i

Figure 3.14. Cette figure montre clairement que l’augmentation du nombre de pulses laser par image permet d’augmenter considérablement le rapport signal sur bruit. Ainsi, pourN_i =50, le passage de N de 5 à 100 permet de multiplier _l R_{S b/} par un facteur d’environ 17. Pour des

valeurs modérées de N , l’augmentation du nombre d’images moyennées permet d’augmenter _l

/

S b

R . Par exemple, pourN_l =100, le passage de N_i =50 à N_i =200 permet d’augmenter

/

S b

R d’environ 30 %. En revanche, pour N_l >100, un phénomène de saturation est observé : le rapport signal sur bruit reste constant malgré l’augmentation du nombre d’images moyennées N . D’autre partir de _i N_l =100, R_{S b/} diminue lorsque N augmente. Cela peut _l

être expliqué par le fait que pour une exposition longue de la caméra (∆ >t_c 10s) une saturation se produit au niveau de l’accumulation du signal de phosphorescence, tandis que le bruit thermique de la caméra continue à augmenter linéairement avec le temps, ce qui se

0,9 0,95 1 1,05 1,1 0 2000 4000 6000 8000 10000

nombre de pulses laser

/

f f

Banc expérimental de MTV pour les écoulements gazeux confinés

81 traduit par une diminution de R_{S b/} .

Dans ce cas test d’acquisition de phosphorescence au début de sa durée de vie à pression atmosphérique, le signal optimal (dans la plage investiguée) est obtenu pour

100 et 100

l i

N = N = . Notons que cet optimum peut évoluer en fonction des conditions

expérimentales. Notamment à basse pression où le signal de luminescence est faible, l’optimum apparaît pour un nombre plus élevé d’image moyennées et de pulses laser par images.

Figure 3.14 Rapport signal sur bruit R_{S b/} en fonction du nombre de pulses laser par image N_l et du nombre d’images moyennéesN_i.

Dans le document Micro-vélocimétrie par marquage moléculaire adaptée aux écoulements gazeux confinés (Page 88-92)