4.4 Le montage expérimental de la TAOC par détection hologra-
4.4.2 La génération des signaux, l’acquisition des données et
La génération des signaux d’excitation
Les signaux à générer sont les tensions d’excitation des MAO UM AO1(t) et
UM AO2(t), et la tension d’excitation du PZT UP ZT (t). L’excitation du MAO2 du bras référent est une simple porteuse sinusoïdale à sa fréquence nominale
ωM AO0, soit
UM AO2(t) = e
jωM AO2tavec ω
M AO2 = ωM AO0. (4.83) Le signal d’excitation du PZT consiste en une porteuse sinusoïdale à sa fré- quence nominale ωU S multipliée par la modulation aléatoire de phases ejψU S(t) et par la modulation asymétrique H (t) nécessaire pour la détection synchrone, soit
Enfin, le signal d’excitation du MAO1 du bras sonde consiste en une por- teuse sinusoïdale de fréquence égale à sa fréquence nominale ωM AO0 soustraite de la fréquence porteuse ultrasonore ωU S , multipliée par la même modulation aléatoire de phases retardée ejψU S(t−θ), soit
UM AO1(t) = e
j(ωM AO1t+ψU S(t−θ)) avec ω
M AO1 = ωM AO0 − ωU S. (4.85) Le matériel utilisé étant le même que celui employé précédemment, leurs caractéristiques de bande passante et d’efficacité restent inchangées.
La génération des porteuses La fréquence nominale du PZT est
νU S = 2, 3MHz. (4.86)
Cette porteuse est engendrée par un générateur de fonction arbitraire Agilent
33220A.
La fréquence nominale des MAO est quant à elle νM AO0 = 80MHz. Les porteuses de MAO1 et MAO2 sont ainsi de fréquences respectives
νM AO1 = 77.7MHz (4.87)
νM AO2 = 80MHz (4.88)
Ces porteuses sont engendrées chacune par un générateur de fonction arbitraire
Agilent 33250A.
La génération des signaux arbitraires Ces signaux sont engendrés par la
fonction de génération de fonctions arbitraires de deux Agilent 33220A. Pour cela, ces générateurs disposent d’une mémoire interne de 216 = 65536 points codés sur 214 = 16384 niveaux. Cette mémoire peut être chargée manuelle- ment point par point par l’interface utilisateur en façade ou par transfert via l’interface GPIB à partir d’un ordinateur. Cette deuxième solution a naturel- lement été retenue. Le générateur utilise une technique de synthèse numérique directe (DDS en anglais pour Digital Direct Synthesis). Elle s’effectue en trois étapes : la mémoire chargée est lue à la fréquence d’échantillonnage native du générateur, s’en suit une conversion numérique-analogique et finalement un filtrage passe-bas d’anti-repliement spectral lisse le signal. Le signal engendré est en fait la répétition du motif chargé selon une fréquence prédéfinie par l’utilisateur. Nous considérons ici une séquence aléatoire ψU S(t) de N sauts de phases {φi}, de période T également répartie sur {0, π} avec un pas temporel
Tφ =T/N constant. Le point important est d’abord que la fréquence d’échan- tillonnage utilisée vaut 50MHz et que la fréquence en coupure du filtre est située à 20MHz. Cette fonction permet donc de générer notre signal créneau aléatoire de fréquence native1/T
φ≤1MHz sans limitation majeure. Le deuxième point important est la stabilité de la phase du signal engendré, autrement dit le pro- blème de gigue(jitter en anglais). L’échantillonnage fréquentiel de la synthèse
phase. Les caractéristiques constructeurs annoncent de plus une gigue RMS de 6ns + 30ppm, qui constitue un bruit de phase également négligeable pour notre expérimentation ; d’autant plus que les éléments en aval du générateur apportent probablement une dispersion de phase plus importante. Le troisième point important est le bruit apporté par les erreurs dites de fuites. Ce phéno- mène intervient à la répétition du motif qui peut générer des discontinuités temporelles. Nos motifs de sauts aléatoires de phases ont l’avantage de ne pas présenter ce défaut. La fonction de génération arbitraire nous permet donc de générer convenablement la modulation aléatoire de phase ejψU S nécessaire à la technique de TAOC.
Le mélange des signaux Le mélange des signaux s’effectue par 3 mixers
analogiques passifs ZAD-1H de chez Mini-Circuits.
– Le premier permet de mixer la porteuse ejωM AO1t à la modulation aléa- toire de phases ejψU S(t−θ) pour donner le signal d’excitation du MAO1
UM AO1(t) donnée par l’équation 4.85.
– Les deux autres mixers permettent de mélanger successivement la por- teuse ultrasonore ejωU Stà la modulation aléatoire ejψUS (t) et la modulation créneau asymétrique H (t), l’ordre n’étant pas important, pour donner l’excitation du PZT UP ZT(t) donnée par l’équation 4.84.
Les mixers ZAD-1H présentent une perte de conversion typique de 7dB sur une bande passante 0.5 - 500 MHz. Cette perte peut être compensée par une augmentation de l’amplitude des signaux d’entrée, dans la limite de linéarité des transformateurs internes. Cette limitation ne pose pas de problème pour le signal du MAO1 qui ne comporte qu’un seul mixer. Par contre, la génération du signal d’excitation du PZT suppose deux mixers successifs et la perte de conversion ne peut être compensée sous peine de générer des non linéarités très marquées avant saturation. Ce signal est donc mis en forme avec un niveau plus faible avant de subir une pré-amplification.
L’amplification des signaux Les signaux des MAO sont amplifiés par des
amplificateurs de puissance ZHL-3A de chez Mini-Circuits. La pré-amplification du signal du PZT est permise par l’amplificateur de tension large bande ZFL- 500LN de chez Mini-Circuits polarisé sous 15V (gain de 28 dB) précédé par un atténuateur passif Trilithic BMA-35110. Le signal est ensuite amplifié par l’amplificateur de puissance large bande ALP6080 de chez SCO auquel le PZT est directement connecté.
L’acquisition des données
Un point d’imagerie est défini par la position du PZT selon (Ox) et le retard temporel θ, autrement dit par le couple (x, θ). A chaque point d’imagerie, le signal acousto-optique correspond à la composante spectrale Se0
signal délivré par la photodiode à la fréquence de la modulation ωmodde H (t). Cette composante est extraite par intégration au détecteur synchrone EG&G 7260 à la constante τcchoisie. Le résultat est transféré à l’ordinateur via GPIB. Le contrôle de l’expérimentation
Le contrôle d’expérimentation s’effectue via GPIB par deux programmes codés en C. Le premier permet d’initialiser toute l’instrumentation ; le deuxième permet de piloter l’instrumentation et d’acquérir la donnée à chaque point d’imagerie (x, φ =2πθ/T).
L’initialisation de l’instrumentation L’initialisation de l’instrumenta-
tion concerne les 6 générateurs de fonctions arbitraires, le contrôleur de moteur pas à pas et le détecteur synchrone.
– Le détecteur synchrone est paramétré par le temps d’intégration τc, le niveau de saturation et le gain de pré-amplification. En pratique, τc est choisi entre 100ms et 1s, et le gain de pré-amplification nul.
– Le moteur pas à pas est paramétré par sa position axiale initiale, sa vitesse de déplacement, son accélération et sa décélération.
– L’initialisation des 6 générateurs permet de générer tous les signaux d’ex- citation. Seule l’initialisation des 2 générateurs des signaux de sauts aléa- toires de phase se différencie. Elle suppose le chargement de la séquence aléatoire, paramétrée par le nombre de sauts N, la fréquence de répéti- tion du motif 1/T, et le déphasage φ =2πθ/T. Cette initialisation nécessite un temps inférieur à la seconde, sauf dans le cas d’un N important (ty- piquement N > 210) où le chargement des points peut durer quelques secondes. La seule opération qui n’a pas été automatisée est la mise en phase initiale des signaux aléatoires. En effet, les deux générateurs de fonction arbitraire se déclenchent l’un et l’autre avec un léger décalage. Pour contrôler le déphasage absolu des deux motifs aléatoires, il faut les remettre initialement en phase manuellement à l’aide par exemple d’un oscilloscope. Ceci limite en fait la fréquences de répétition du motif aléa- toire 1/T : en pratique il est difficile de synchroniser l’oscilloscope pour des fréquences inférieures à quelques Hertz.
Le pilotage de l’instrumentation Le pilotage de l’imagerie suppose de
modifier de manière itérative le couple (x, φ = 2πθ/T) . Le déplacement méca- nique du PZT est source de deux problèmes : une décorrélation par mise en mouvement de l’eau environnante, et le temps nécessaire au déplacement mé- canique. Pour limiter cela, l’imagerie de l’échantillon s’effectue par le maillage qui requiert le moins de déplacement mécanique, à savoir un déplacement du PZT sur [x1, x2] par nx −1 pas δx , où, pour chaque position, φ parcourt [φmin, φmax] par nφ−1 pas δφ . Le programme de pilotage incrémente φ, puis enregistre en -ascii la composante spectraleSeP D(ωmod) fournie par le détecteur
colonnes [x, φ, s] à nx× nφ lignes.