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Exemples d'utilisation d'un enregistreur multiparamétrique

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Exemples d’utilisation d’un enregistreur

multiparamétrique

René Ballini

To cite this version:

(2)

31

EXEMPLES D’UTILISATION D’UN ENREGISTREUR

MULTIPARAMÉTRIQUE

Par RENÉ

BALLINI,

Centre d’Études nucléaires de

Saclay.

Résumé. 2014

Après rappel de quelques résultats obtenus par enregistrement multiparamétrique

de coïncidences, des dispositifs prévoyant l’extension à des mesures de distributions angulaires sont décrits.

Abstract. 2014 After a short

description of some results obtained by

multiparametric

recording, devices designed for angular distribution measurements are described.

PHYSIQUE

PHYSIQUE APPLIQUÉE TOME 25, MARS 1964, PAGE

Au

premier plan

des

applications

de

l’enregis-trement «

multiparamétrique

»

[1], [2] figurent

les

mesures de coïncidences

[3],

et

particulièrement

celles

qui

étaient inabordables ou que l’on hésitait à

entreprendre

en raison de leur

durée, rallongée

encore par la nécessité de

répéter

la mesure en

faisant varier tel ou tel

paramètre.

Un cas très

différent est celui où

chaque

signal

d’un détecteur est

accompagné

d’un autre

signal permettant

un

classement : par exemple, on

peut

enregistrer

si-multanément E et

deldx

pour une

particule

chargée

et

effectuer, après

coup, le

produit

E(dÉldx)

permettant

l’identification ;

un autre

exemple

est

’l’utilisation

du «

bidimensionnel »

à

2 voies de 63 canaux

[3]

pour

apporter

à l’infor-mation de

temps

d’un

compteur

à scintillations une

correction due à

l’amplitude [4],

avant

qu’une

autre solution

[5]

ait rendu inutile cette correction.

Avant de décrire dés schémas de

principe

d’enre-gistrement

multiparamétrique, rappelons quelques

résultats

déjà

obtenus et

quelques

projets

immé-diats.

Sélection d’états finals dans une réaction p, n.

-L’enregistrement

simultané du

temps

de vol des

[

FIG. 1. - Niveaux de 51Cr obtenus par

V(p,

n).

neutrons de

quelques

dizaines de keV par

V(p,

n)

(fig. 1)

et de

l’énergie

des y émis par l’état final ainsi obtenu

[6],

a constitué un

appoint

à d’autres

mesures effectuées sur la même réaction

[7], [8].

En utilisant

conjointement

la variation de l’intensité des y et des

pics

de

temps

de

vol,

la variation relative de la section efficace de

production

de 51Cr

dans divers états excités a pu être déterminée en fonction de

l’énergie

initiale entre

3,05

et

3,2

MeV :

on observe des fluctuations telles que les valeurs

maximales sont obtenues à des

énergies

généra-lement différentes pour différents états

finals,

ce

qui

s’explique

par des effets

statistiques

sur les

niveaux du chrome - 52

compris

dans une bande

d’énergie

de 3 à 4 keV

(épaisseur

de la

cible).

Sélection d’états finals dans les réactions pro-duites par 6Li de

1,8

MeV sur 9Be et 6Li. - Les

spectres

de

particules chargées

d’états finals

com-prenant

1°B*

(720 keV),

’Li*

(480

keV)

ou ’Be*

(430 keV)

ont été sélectionnés par coïncidence avec

les

impulsions

d’un détecteur de y vu de la cible sous un

grand angle

solide. Une note récente

[9]

donne les conclusions de ces mesures

[9], [10],

admettant

l’hypothèse

d’un état

d’agrégat

inter-médiaire cible + d

[11].

FIG. 2. -

Réaction

(3)

32

Les mesures sur

ont confirmé et

précisé

les conclusions

déjà

tirées de

l’énergie

maximale des oc en coïncidence avec y

de 480 keV sélectionnés par un sélecteur à 1 canal

[12].

Elles ont en outre

permis

d’observer la

partie

supérieure

du

spectre

d’énergie

des oc de ce

+

n

+10B*.

La

répartition

étendue

d’énergie

de ces oc est

difficilement

compatible

avec 11B intermédiaire dans un des états excités antérieurement connus

(fig. 2) (voir

note à la fin de

l’article).

Les mesures sur 6Li

+

’6Li

(fig.

3)

ont

permis,

en

dépit

d’une

statistique

pauvre

(8

à 10 heures de

mesure pour chacun des

angles

250 et

400),

de

mettre en évidence la queue du

spectre

oc de l’état

fi-nal oc + n

+ 7Be*.

L’intérêt

technique

de ces mesures

FIG. 3. - Réaction

est que la sélection des coïncidences avec y de 430 keV

(en

présence

de 480 keV de

7Li*)

aurait

été

beaucoup

plus

difficile sans

enregistrement

multiparamétrique :

ce dernier a

permis,

en

outre,

d’obtenir simultanément

l’enregistrement

des

coïn-cidences fortuites et un

auto-étalonnage

par les

deutons de d

+ 1°B*.

Ces mesures

préliminaires

confirment les conclusions d’autres travaux

[14]

sur

l’énergie

d’excitation très élevée de

8Be,

admis comme état intermédiaire

(*).,

Des mesures de coïncidences entre

particules

chargées

[15]

(ou

entre neutron et

particule

char-gée)

sont de nature à

apporter

des

renseignements

plus

directs sur le mécanisme de

réaction,

d’autant

plus

qu’elles

ont un caractère de corrélation angu-laire

(angle

solide

faible,

donc faible taux de

comp-tage).

L’enregistrement multiparamétrique

per-mettant d’obtenir simultanément les résultats pour

plusieurs positions

des

détecteurs,

la durée de ces

mesures rend

obligatoire

de

profiter

de cette

possi-bilité

(intéressante également,

bien

qu’à

moindre

titre,

pour la

simple

sélection de voies de sortie

par coïncidence avec des

y). Malheureusement,

les

petits

appareils

annexes ne sont pas encore

produits

industriellement en vue de cette utilisation et doivent être construits par le même service où a

été mis au

point l’enregistreur

multiparamétrique.

Des schémas de

principe,

en cours de

préparation,

sont

exposés plus

loin avec

plus

de détails que dans les

exposés

précédents

[16], [17].

Corrélations

angulaires

ay dans l’américium-241

(fig. 4).

-

Effectuées par R.

Kamoun,

ces mesures

consistent à

enregistrer

simultanément le retard

FIG. 4. - Coïncidences

ocy

dans le rayonnement de l’américium-241. entre une

impulsion

d’oc

(détecté

par une

jonction)

et une

impulsion

de y, ainsi que les

amplitudes

de ces

impulsions.

En vue d’observer les effets de

précession qui

se traduiraient par de faibles écarts

par

rapport

à une décroissance

exponentielle

de

137NP*, il a paru nécessaire d’utiliser

deux

détec-teurs y avec le même circuit de définition de

temps :

le numéro du détecteur y

(1

ou

0)

est alors un

quatrième paramètre

à

enregistrer.

Il est à noter que les 15 «

digits »

de

l’enregistreur

multipara-métrique

disponible

actuellement sont ici en

nombre

trop

faible ;

en

effet,

il faudrait

disposer

au moins de 16 canaux sur le

spectre

cc, 32 sur le

spectre

y et 128 sur le

spectre

de

temps,

ce

qu

représente

déjà

16

digits.

La durée des mesures

imposée

par la faible intensité de la source

(réso-lution des a, coïncidences

fortuites)

rend souhai-table l’utilisation simultanée de 4 ou 8 détecteurs y,

numérotés avec 2 ou 3

digits.

En raison des

exi-gences sur la résolution

d’énergie

oc, il a paru

préfé-rable de ne pas réaliser un

dispositif

avec un seul

détecteur y et

plusieurs

détecteurs a : à défaut d’un

«

mélangeur

digital

», les

empilements

dans un

«

mélangeur

analogique »

auraient

présenté

des

inconvénients

appréciables

dans ce cas et sans

grande importance

sur la « voie y )) ; de

plus,

il est

actuellement

utopique d’espérer disposer,

en toute

sécurité,

de 4 ou 8

jonctions ayant

les

qualités

requises.

(4)

Au lieu de ne

dépendre

que d’un circuit de

coïncidences

(avec

des limites

d’amplitude

supé-rieures aux seuils des circuits

rapides

comme éven-tuelles conditions

supplémentaires),

l’ouverture des

traducteurs

d’analogique

en

digital dépend

de l’un

ou l’autre de deux circuits de

coîneidences (fig.

5) :

FIG. 5. - Enregistrement

simultané’de

coïncidences

for-tuites.

l’un est

réglé

de

façon

à

enregistrer

les coïncidences

vraies,

l’autre de

façon

à

n’enregistrer

que des

coïncidences

fortuites ;

le

fonctionnement de l’un

d’eux se traduit par

l’inscription

de 1 sur un des

FIC. 6. - Autre version du

schéma précédent.

«

digits

u, de

préférence

la

puissance

de 2 la

plus

élevée. Dans ce

schéma,

les

temps

de résolution

FiG. 7. -

Spectres

oc en coïncidence fortuite avec des y, obtenus avec le schéma 6 : « F » correspond au seuil

supérieur du sélecteur à 1 canal, « V » à l’intervalle entre

les deux seuils. Dans les mesures représentées par la

(5)

34

des deux circuits

identiques

de coïncidences restent

égaux,

même si leur valeur réelle varie sous l’effet d’un

comptage

très élevé : ce n’était pas le cas

dans un

montage

(fig. 6)

déjà

réalisé dans des

expériences [9]

où un

rayonnement

très intense à basse

énergie

déformait suffisamment la mise en

forme du

signal de jonction

pour que l’intervalle de

temps

correspondant

au

dépassement

du seuil

supé-rieur du sélecteur à 1 canal ne soit pas

rigoureu-sement constant. La

figure

7

représente

les

spectres

continus «

(obtenus

en

plaçant

un écran

jhétéro-gène

de «

papier

Joseph »

entre la

jonction

et une

source

d’américium-241)

en coïncidence fortuite avec des y. Les 3

spectres

ce

représentés

sur la

figure

7a ont même forme : les

temps

de résolution sont donc

indépendants

de

l’énergie

des oc

(même

lorsqu’un

taux de

comptage

élevé entraîne d’autres

perturbations)

à

partir

du seuil du circuit

rapide :

dans la

figure 7b,

ce seuil est

réglé

de

façon

à laisser déclencher le circuit

rapide

par le bruit de fond.

Distributions

angulaires.

- L’utilisation du code

binaire à l’entrée d’une

mémoire,

non

intégratrice

comme une bande

magnétique [1], [2] ou intégratrice

comme un « bloc

d’exploitation

», se

prête

bien à

l’opération

suivante : coder sur un certain nombre

de

digits (2°

à 27 par

exemple)

une information pro-venant indifféremment de diverses

origines,

et coder cette

origine

sur les

digits

suivants,

28 et 29 par

exemple ;

on obtient ainsi 4

spectres

de 256 canaux

enregistrés

de 0 à

255,

256 à

511,

512 à

767,

768 à 1023 suivant que l’information vient du détecteur

numéroté

0, 1,

2 ou 3.

Deux méthodes sont utilisées :

mélange

analo-gique [18]

et

mélange

digital

[2].

Dans le

premier

cas, le

codage

est effectué à

partir

des circuits

d’identité connectés aux entrées d’un

mélangeur,

dont la sortie est connectée à un traducteur

com-mun. En raison du

temps

d’accès de ce

dernier,

l’inscription

de l’identité dans une mémoire

(remise

préalablement

à

zéro)

doit être soumise à un

temps

mort

suffisant,

afin de ne pas y être

remplacée

par une autre avant d’en être extraite en même

temps

que le numéro de canal inscrit dans les

registres

de sortie du traducteur. D’autre

part,

le traducteur

ne

doit,

de

préférence,

être autorisé à fonctionner que si la mise en mémoire de l’identité est

effecti-vement faite.

Le

projet

représ.enté

par la

figure

8

répond

à ces

conditions,

le

signal

d’ouverture soumis à

temps

mort

pouvant être,

comme dans l’association

aiguilleur-CA

12 d’ «

Intertechnique

», le seuil

infé-rieur de

pilotage

du traducteur. Un des

procédés

utilisés dans cet

aiguilleur

pour éliminer les

infor-mations

simultanées

(présence

simultanée de 2n et 2n

de

même valeur de

n)

est

également

repré-senté dans la

figure

8 : la mise en mémoire y est

pré,vue

avant

codage,

afin d’éviter des erreurs en cas de

signaux

à la limite des

portes

d’entrée.

de

traduction)

FIG. 8. -

Codage d’identité : la mise effective en mémoire d’une identité et d’une seule

permet

l’enregistrement de l’information sortant du mélangeur.

A moins d’utiliser des

amplificateurs

à seuil aux

entrées du

mélangeur,

ce

procédé

n’élimine pas les

empilements

sur une

impulsion n’ayant

pas

dé-clenché de

signal

d’identité

enregistré.

Sauf circonstances

exceptionnelles

(nombreuses

coïncidences vraies éliminées par un

dispositif

d’ex-clusion),

les

pertes

relatives de

comptage

sur tous

les détecteurs sont

égales

mais

peuvent

être

impor-tantes,

un

temps

mort commun élevé

agissant

sur

tous et étant déclenché

conjointement

par tous.

Le

mélange

digital

consiste à utiliser pour

chaque

détecteur un traducteur dont l’avis de transfert est

utilisé comme

signal

d’identité et dont le

temps

d’accès

n’impose

un

temps

mort

qu’aux

infor-mations du détecteur intéressé. Les

pertes

de

comp-tage

sont alors

plus

faibles,

mais différentes pour les divers détecteurs : elles ne

dépendent,

pour

chacun,

que de son propre taux de

comptage,

à condition

que le

temps

d’accès de

l’enregistreur (après

mé-lange

digital)

soit faible et ne nécessite l’exclusion

que d’informations très

rapprochées :

c’est le cas

avec un

rythmeur

et le circuit « OU exclusif

rapide,

étudié par A.

Pagès

et ses

collaborateurs,

éliminant tous les

empilements

entre deux

détec-teurs.

Exemples simples

de «

mélange analogique »

dans

des mesures de coïncidences. -

L’enregistrement

(6)

radio-actifs a été cité

plus

haut. Dans le schéma 9 d’abord

réalisé,

on

profite

de la

présence

d’un traducteur

(immobilisé

dans un « bi-convertisseur CA 12

»)

pour

signaler

le fonctionnement du détecteur y, :

au cours d’essais n’utilisant que ce

détecteur,

on

FIG. 9. -

Dispositif

utilisé pour les premières mesures sur

l’américium-241 : le mélangeur

analogique

a été mis au

point

par R. Chaminade et ses collaborateurs

(Saclay,

SPNME).

contrôle que toute information est

accompagnée

de l’avis de transfert de ce traducteur

auxiliaire,

utilisé comme

signal

d’identité. On

accepte

dans

ce cas le

risque

négligeable

de coïncidences

triples

FIG. 10. - Utilisation de deux détecteurs de neutrons

produits

par T(d, n) et diffusés : le détecteur a

enre-gistre la « particule associée » au neutron.

ocyy avec

codage

erroné

(attribution

à

y,)

mais aussi

celui

d’enregistrer

avec une identité correcte une

impulsion

ayant

donné lieu à coïncidence

rapide,

empilée

sur une

impulsion

de l’autre détecteur

n’y

ayant

pas donné lieu.

Bien

qu’il

ne

s’agisse

pas, à

proprement

parler,

d’un

enregistrement

multiparamétrique

de

coïnci-dences,

le

dispositif

de

temps

de vol

( fig.

10)

dans

lequel

Mme

Conjeaud

et ses collaborateurs utilisent

deux détecteurs de neutrons est à

rapprocher

du

précédent :

le

réglage

de la sensibilité du

registre

d’identité et de celle du circuit d’ouverture du

traducteur assurent ici l’élimination des erreurs

de

codage.

,

Distributions

angulaires

en coïncidence. - On

peut

imaginer

de nombreuses variantes pour chacun des schémas

suivants,

constitués pour l’essentiel par un

assemblage

d’éléments

déjà

étu-diés

(dont

des discriminateurs

rapides

à seuil

réglable, tels que

ceux

qu’ont

mis au

point

J.

Qui-dort et ses

collaborateurs).

Les

figures

11 et 12

représentent

des

exemples

de

mélange

analogique,

la

figure

13 un

exemple

de

mélange

digital.

FiG. 11. - Autre version de la

figure 9,

généralisable à

plus

de deux détecteurs y.

La

figure

11 est une autre version de la

figure

9

(enregistrement

du retard ocY en même

temps

que

des

amplitudes

cc et

y) :

la

généralisation

à

plus

(7)

36

FIG. 12. -

Codage de coïncidences doubles AB

(avec

enregistrement des

fortuites),

un mélangeur

analogique

étant utilisé sur chacune des voies A et B.

FiG. 13. - Utilisation d’un

mélangeur digital

dans une mesure de coïncidences.

soit en

remplaçant

par un «

aiguilleur »

industriel

(1)

avec

quelques

aménagements,

les circuits ET

d’entrée des

registres

(fig. 11)

et tout ce

qui

suit.

Le schéma 12

compléter

par 11 et

8)

est destiné

à

l’enregistrement

de coïncidences AB : à chacune des

paires A,Bl, AlB2, A2BI

et

A2B2

sont associés

(1)

Quelques

aménagements de l’aiguilleur «

Inter-technique » du type « 32 voies » sont alors à prévoir : remise

en forme (avec

allongement)

du signal d’ouverture des

traducteurs, ordre de transfert délivré soit par le circuit de

temps

mort, soit par les traducteurs s’ils

s’y

prêtent

montage de type « XY »).

deux circuits de

coïncidence,

dont l’un ne détecte

que des fortuites

(voir fig. 5).

Dans le schéma

13,

c’est un

mélangeur

digital

[2]

qui

dirige

sur la « voie B » les

spectres

d’ampli-tude

à

B4.

Les traducteurs B

reçoivent

les

mêmes ordres d’ouverture et de

transfert,

ce

qui

augmente

la

probabilité

de

superposition

mais

per-met d’éliminer alors

l’enregistrement par

un

pro-cédé relativement

simple, s’appliquant

à des

signaux

vraiment simultanés. L’utilisation de

pilo-tages

distincts pour les traducteurs B

(à partir

de

plusieurs

circuits de coïncidences installés comme dans les

figures

11 et

12)

diminuerait la

probabilité

de

superposition,

mais

imposerait

un

dispositif

d’exclusion

plus complexe,

si la condition « OU

exclusif » était

jugée

nécessaire.

Le schéma 14

permet,

en utilisant un

mélangeur

analogique,

d’éliminer les

empilements

sur des

FIG. 14. - Utilisation d’un

mélangeur analogique

avec

élimination des

empilements

sur des

impulsions

n’ayant

pas donné lieu à coïncidence

rapide.

L’ordre définitif de

transfert, destiné aux traducteurs et aux registres d’iden-tité, n’est pas

représenté.

Le schéma 8 peut être utilisé

en encadrant les signaux d’identité, à l’entrée des

registres, par une

porte

assez

large.

impulsions n’ayant pas

donné lieu à coïncidence

rapide. L’opération

« OU exclusif »

n’est, ici,

pas

effectuée sur des informations mises en mémoire

(fige 8)

mais sur les

signaux

d’identité non soumis à coïncidence

rapide :

sous la

triple

condition notée dans la

figure

14,

et

pendant

le

temps

mort

imposé

(8)

digital reçoivent

l’ordre définitif d’ouverture et le

codage

d’identité est mis en

mémoire, après

mise

préalable à zéro. Pour que

ce

montage

soit

équi-valent au schéma

13,

il faudrait en toute

rigueur

que le

mélangeur

ne

reçoive

que des informations

accompagnées

d’un

signal

d’identité

provenant

, d’un

amplificateur

à seuil ou d’une

porte

linéaire ;

de

plus,

l’intervalle de

temps

où les

empilements

sont

possibles

est

plus long qu’avec

le

mélange

digi-tal.

Enfin,

l’installation et le

réglage

sont

beaucoup

plus

faciles dans ce dernier cas

( fig.13).

Dans les

dispositifs qui

ont été

énumérés,

un

temps

mort

global

est

imposé

à toutes les

coïnci-dences

enregistrées

et déclenché par

toutes,

ce

qui

ne constitue pas un inconvénient bien sérieux en raison des faibles taux de

comptage.

Les instal-lations effectivement réalisées avec le matériel actuel

seront,

à

quelques

détails

près,

conforme à un des schémas 11 à 14.

Manuscrit reçu le 23 juillet 1963.

Note

ajoutée

sur épreuve. - Ce résultat avait conduit à

avancer l’hypothèse d’une « tripartition )) ; une

interpréta-tion

plus

satisfaisante est apportée par des travaux ulté-rieurs sur la réaction 6Li + 6Li [13] et par des mesures de

coïncidences, actuellement en cours entre particules chargées

produites

par 6Li + sLi.

BIBLIOGRAPHIE

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