Acquisition temps réél des paramètres de
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1. FEI institut POLYTECH d passer les fronti res Ibrahim YACOUB 3i4 2010 Polytech Grenoble DOS DU RAPPORT Etudiant nom et pr nom YACOUB IBRAHIM Ann e d tude dans le d partement 2009 2010 Entreprise CNRS institue N el Adresse compl te 25 rue des Martyrs 38042 Grenoble France Ma tre de stage Eon David T l phone 04 76 88 74 58 T l copie 33 476 88 1191 M l david eon grenoble cnrs fr Tuteur enseignant SYLVESTRE Alain T l phone T l copie M l alain sylvestre grenoble cnrs fr Titre Acquisition temps r l des param tres de contr le d un r acteur plasma de croissance diamant CVD R sum Un r acteur de croissance par plasma n cessite le contr le de nombreux param tres tels que la pression le d bit de gaz la puissance inject e dans la cavit la temp rature de l chantillon L ensemble de ces param tres sont important pour suivre et contr ler le bon d roulement du proc d L tudiant aura en charge la r alisation de l interfa age entre les diff rents capteurs actuellement pr sent sur le r acteur avec un ordinateur Le recensement de ces signaux avec leur caract ristique en tension et en courant sera la premi re tape de ce stage Ensuite une fois l interfa age r alis il faudra d velopper sur l ordinateur le programme de r cup ration de l ensemble des signaux et permettre leur enregistrement et leur visualisation L utilisation de2. Prix 799 J ai choisi cette carte parmi plusieurs cartes existantes sur le march pour sa fiabilit et sa souplesse d utilisation sur tout ce qui concerne le logiciel LABVIEW HI 2 2Connecteur VARIOFACE FLKM AO pour les mass flow AERA Fabricant Phoenix Contact Reference Radio spare 868 907 Prix 65 79 IHI 2 3 FICHE MALE IEEE 488 14 CTS CAD Pour le MKS de la pression 16 R f rence radiospare 239 1190 Prix 8 69 IIL 2 4 Connecteur WWP 40PTS pour le mass flow R f rence Radiospare 120 6833 Fabricant 3M Cout 2 X 2 54 5 08 HI 2 5 Embase rectangulaire CAD 40 contacts pour le mass flow Ee R f rence Radiospare 674 1227P Prix 3 123 IIL 2 6 CABLE EN NAPPE 40 CTS pour le mass flow R f rence Radiospare 289 9975 Prix 12 348 Finalement une somme de 894 tait suffisante pour compl ter le processus de l interfa age 17 Chapitre 4 Programmation Le programme a t d velopp sur Labview 2009 il devait r pondre au cahier des charges suivant mesure de la temp rature du pyrom tre mesure du d bit des mass flow mesure de la puissance microondes mesure de la pression de gaz Apr s l acquisition de toutes ces donn es il faut les enregistrer sur un fichier Excel afin de faire les analyses n cessaires Tout les signaux sont r cup r s gr ce cette carte d acquisition analogique NI USB 6211 J ai choisi Labvie
3. e Commuter une tension de 10kV e Avoir une fr quence de commutation de 2kHz puis gt 15kHz Performances thermiques e Temp rature chip gt 250 C e Temp rature environnement 200 C I 2 Le secteur A ronautique Le secteur a ronautique tend voluer vers des syst mes de puissance tout lectrique et des structures composites Le passage en syst me lectrique constitue un r el challenge pour d montrer la fiabilit de ces nouveaux syst mes en particulier pour les commandes de vol Pour le secteur a ronautique les applications envisag es o interviendraient des composants base de diamant sont l ensemble des convertisseurs de puissance et les dispositifs de protection foudre Les facteurs cl s de cette volution sont L am lioration de la fiabilit lectronique des quipements car ils voluent dans des contraintes d environnement s v res alternance entre des temp ratures froides et chaudes contraintes m caniques vibrations chocs la pression et l humidit L augmentation de la densit de puissance des composants La r duction en volume et poids des quipements Une meilleure efficacit qui passe par la r duction des pertes Augmentation de la temp rature de fonctionnement probl me du management de la temp rature de 100 C aujourd hui 200 C demain par exemple pour rapprocher les composants du moteur I 3 Le secteur Militaire Le canon rail fait partie de la
4. l azote N2 pleine chelle 10SCCM MAX et une r serve pour quatri me gaz SCCM standard cubic centimeter per minute III 1 3 G n rateur microonde MKS Astex AX2100 Le micro ondes AX2100 est g n ralement utilis dans les applications de production de plasma telles que les sources d ions pour l implantation ionique de la mouture faisceau d ions am lior par plasma disposition chimique en phase vapeur et la gravure plasma La qualit de sortie et les contr les int gr s rendent parfaitement adapt la 14 conduite des sources plasma et leur petite taille les rend conomiquement attractives pour une utilisation dans des environnements haute tension II1 1 4 Contr leur de pression et d bit MKS 250 E Ce dispositif de contr le est compos d une vari t de soupapes de pr cision afin de maintenir une certaine pression ou le d bit Le contr leur 250 peut fournir 15VDC production et accepte des entr es partir d une vari t de capteurs de pression et de d bit massique m tres Un syst me de contr le de pression se compose de trois parties principales le capteur de pression 1 Le contr leur et la vanne de r gulation 2 Le syst me dont la pression doit tre contr l 3 Le capteur de pression sera g n ralement avec la sortie de 0 10VDC Le syst me de pression se compose d une chambre et une pression de syst me de pompage est maintenue par 250 contr leurs et vannes de r gulation 9 br
5. Labview est pr vue Si le temps le permet une extension du syst me pourra tre envisag e non plus comme simple mesure des param tres mais comme syst me interagissant avec le r acteur et control le proc d au moyen de l ordinateur Table des mati res RO ge EE 1 Croissance de diamant dans quel but Iess sseeeskeeseEEERKEEEER KENE KENE ENKEN EE NR en 1 1 Secteur Transport Ferroviaire ss sise ENEE NEE EEN nnn annan 1 2 Le secteur A ronautique nes ve sue vor sue VEER mensseeusnneensus mnn se mennen 1 3 Le secteur Militaire sas AER KEN ER VER KER veu ER AE ER KEN eue ANER KEE NA aan nnnnnn nauuna nnn nnnnn 2 La CVD pour faire la CroISSanCe ssss nucunersaanauan aneenneenmnnennne nnn nnnnnn nenne ECKE 2 1 L attrait du diamant s ann dre aan opinie ete edu 2 2 Latechnologie A sinistre anne scene tienne ee nets arani aranais 2 3 Notre r acteur al VE 2 4 Les composants de la machine ns 3 D roulement du Stag ssssssins ss nannun nnn nnn nnn nunnun nnn nnmnnn nannan nnn nan nnn nennen munnum nan nanan 3 1 Documents techniques eech Kure 3 1 1 Pyrom tre IMPAC IGARTIZLO eer reE EE VEER KEE nunnan nan nus 3 1 2 Mass flow contr leur Aera s sente 3 1 3 G n rateur microonde MKS Astex AX2100 nn nue mrnreunne 3 1 4 Contr leur de pression et d bit MKS 250 Em server 3 2 Phas d achat Geesse ebessi ring Le ones ESA 4 Programmations ananena een den a ne eue tete ne
6. cancer one eue de 4 1 Sous e Mee E e LEE 4 1 1 e un NEE 4 1 2 Contr leurs mass owes ee ER KAREN ses _ EEI 3 4 1 3 G n rateur microOonde E sis AER KENE E saseeenenans ausenueue KEREN NEE an nanna 4 1 4 contr leur de pression venu KEE KEEN nunnu nannan KEE manna 4 2 Programme principale EEN 4 3 Protocole d utilisation une ER AE KER AER mes vanenecesceesanenennnmeneneauseness 4 4 Programmation d un g n rateur KEITHLEY 236 sers nes Probl mes et difficult s user vanassememnecancanee nes asseacenenes AER NENNEN EE EEN 5 1 EE e ET E 5 2 R tAr A ET Sn no annee mn en arte 5 3 Trvaj A SUV NEEN Remerciements Quelques ann es en arri re je n imaginais pas que mon r ve allait devenir r alit Apr s avoir travaill dans un endroit comme le CNRS institue N el je ne peux pas r diger ce rapport sans remercier David EON mon ma tre de stage pour cette opportunit incroyable qu il m a offerte et galement Etienne GHEERAERT le chef de l quipe Semi conducteurs grand gap Je tiens remercier tout les membres de cette quipe chercheuse th sards et stagiaires pour la superbe ambiance de travail J adresse mes remerciements encore pour mon tueur de stage M Alain Sylvestre Introduction Le stage a eu lieu l institut N el du CNRS Cet institut associe physique chimie et ing nierie au sein de trois d partements en forte synergie Ses 19 quipes s appuient
7. cette machine tels que la pression le d bit de gaz la puissance inject e dans la cavit la temp rature de l chantillon etc et de realiser l interfa age entre les diff rents capteurs actuellement pr sents sur le r acteur avec un ordinateur pour r cup rer leurs signaux Une fois l interfa age r alis il faudra d velopper sur l ordinateur le programme de r cup ration de l ensemble des signaux et permettre leur enregistrement et leur visualisation Chapitre 1 Croissance de diamant dans quel but Les propri t s exceptionnelles du diamant en font un mat riau de choix pour divers domaines d applications Aucun mat riau connu ne poss de une duret aussi importante que celle du diamant Une des applications directes de cette caract ristique associ e sa valeur lev e de conductivit thermique de 25W cm K a 300K cinq fois sup rieur celle du cuivre est son utilisation dans les outils En outre Il est aussi utilis sous forme de poudre pour le polissage de tous types de mat riaux lui m me compris Comme je l ai indiqu dans mon introduction notre quipe de l institut N el est sp cialis e dans la mise au point d chantillons de diamant par croissance en phase vapeur assist e par plasma PECVD dans un m lange de CHA et H2 L une des sp cialit s de l quipe est le dopage du diamant au cours de la croissance par ajout de gaz B2H6 dans la phase gazeuse Ainsi au moyen du dopage a
8. en interne sur un ensemble d expertises technologiques exceptionnelles et b n ficient d un r seau de liens solides form s entre le CNRS l Universit Joseph Fourier Grenoble INP le CEA DILL et ESRF Plus de 350 publications scientifiques annuelles dans des revues internationales avec comit de lecture dont 1 3 en collaboration avec des quipes scientifiques dans plus de 35 pays Une particularit de ce laboratoire de recherche fondamentale la force des partenariats avec les entreprises Mon quipe Semi conducteurs large bande interdite qui est constitu e de 21 personnes de chercheurs tudiants doctorants et stagiaires sous la direction de M Etienne GHEERAERT est sp cialis e dans le domaine de la croissance du carbone par CVD Chemical vapor deposition dont le but est d avoir des chantillons originaux et bien caract ris s de diamant cristallin et de nanotubes auto connect s ou greff s sur des pointes Louis N el 1904 2000 Prix Nobel de physique 1970 f t le fondateur de la physique grenobloise avec un impact bien au del de cette discipline de base un porteur d innovations tr s souvent valoris es l architecte du bassin scientifique grenoblois CNRS CEA Universit s qui a accueilli les tr s grands instruments europ ens ILL et ESRF Objectif du stage Pour avoir ces chantillons il s agit d un r acteur de croissance par plasma L objectif est de contr ler de nombreux param tres de
9. famille des armes EM Electromagn tique il travaille sur des nergies impulsives Les enjeux ici sont l am lioration des performances de la d fense anti a rienne Le canon rail intervient donc dans la protection de zone contre les menaces a riennes c est un acc l rateur de projectiles dont les caract ristiques de puissance sont les hautes tensions et les fortes nergies L utilisation de lanceurs lectromagn tiques rail sur des armes lectriques va permettre d augmenter sensiblement la vitesse initiale des projectiles par rapport aux lanceurs classiques poudre Ceci va se traduire par une am lioration de la l talit de la port e de la cadence de tir et une diminution du temps de vol Les performances souhait es de cette application e Performances lectriques Les armes EM de type canon rail mettent en oeuvre des nergies impulsives de l ordre de 30 MJ sous des tensions sup rieures 8 kV et des courants sup rieurs 1 MA avec des impulsions cadenc es 200 Hz e Performances thermiques Le syst me doit pouvoir fonctionner de 40 C 71 e Dur e de vie 10000 coups 10 Chapitre 2 La CVD pour faire la croissance II 1 L attrait du diamant Le diamant est sans aucun doute le mat riau qui combine un ensemble exceptionnel de propri t s m caniques chimiques thermiques acoustiques optiques et lectroniques d passant celles de tous les autres mat riaux Il est impensable d utilise
10. le d placement entre les instruments avec une conception qui permet de savoir l tat de tous les param tres et des erreurs d un seul coup d il et en haut des onglets il ya deux param tres de control un bouton stop pour arr ter le programme et un contr leur de temps entre chaque acquisition en ms et finalement une petite fen tre qui affiche la date et l heure 21 BH SEHI TECHNOTRON CORP waes nenge de La cresson Vans APAQ de la tanpere C Vas LEO de ls Oussarce W um rm e SEHI TECHNOTRON CORP Page 1 Page2 Pages Page PYROMETRE arc rente Temperature Di 125 329 Valeur num rique de la temperature C 125 329 fi25 323 125 329 125 329 125 329 125 329 Temperature C 125 329 Temperature 125 329 125 329 125 329 125 329 125 329 125 329 o RES sortie d erreur de la carte DAQ sortie d erreur de l criture dans un fichier Bn PR 2 2 Di Ipun FRANCE Figure 2 diagramme et face avant du programme principale 22 IV 3 Protocole d utilisation Ce programme tait fait pour faciliter les manipulations du client rien qu un simple click de souris pour r cup rer toutes les donn es sans perdre le temps pour observer les param tres e Avant de lancer le programme il faut d terminer le temps entre chaque acquisition qui permet de g rer le nombre d chantillons dans
11. notre fichier Excel e Dans chaque onglet un bouton d activation d enregistrement des donn es vert quand il est activ rouge si d sactiv e Pour lancer le programme il faut lancer Labview en cliquant sur l ic ne 21 prog q e Pour l arr ter il suffit de cliquer sur le bouton o e Toutes les mesures sont enregistr es dans des fichiers lvm ouvert par une fen tre Excel en haute et gauche de la fen tre Excel un petite bouton LVM IV 4 programmation d un g n rateur KEITHLEY 236 Pendant la p riode d attente pour la carte d acquisition M EON ma demand dautomatiser un g n rateur courant tension KEITHLEY236 Ce syst me est en fait quatre instruments en un source de tension source de courant mesure de tension mesure de courant Il est un outil primordial pour la recherche et les applications industrielles EI SS gem SE Bd D Figure3 le KEITHLEY 236 Pour nous il est n cessaire de mesurer la densit de plasma l int rieur du r acteur gr ce une petite sonde Comme il est connu le plasma est constitu des lectrons charg es n gative et des ions charg es positive le principe de mesurer la densit est d envoyer une tension entre 100V et 100V puis de mesurer le courant en fonction de la tension on peut estimer la densit 23 La commande du g n rateur se fait par l interm diaire du port GPIB pr sent sur cette alimentation et une carte d acquisition NI de li
12. aison GPIB et d un programme Labview La programmation de cet instrument est compl tement diff rente de la SEKI parmi plusieurs drivers qui existent sur le site de National instrument 12 driver il faut choisir l instrument appropri dans notre cas et chaque driver demande une mani re diff rente de programation Apr s l tude et le test de chaque driver Tat choisi ce qui nous est le plus utile KEITH 236 SWEEP puis j ai effectu le programme autour de lui annexe VI 6 Un exemple de r sultat obtenu gr ce au programme r alis est pr sent ci dessous 0 011000 0 010000 0009000 0 008000 0 007000 0 006000 0 005000 600W vm 800W Courant A 1000W 1300W 100 s H 5 s 100 0 004000 0 005000 0 006000 0 9007000 Tension V Figure3 Caract ristique courant tension obtenue au moyen d une sonde dans un plasma d hydrog ne Mode d emploi Dans la face avant de ce programme vous trouvez des contr leurs de param tres de cet instrument la valeur de d marrage la valeur de l arr t le pas et le temps de balayage Le r sultat est affich sur un graphique I en fonction de V et est enregistr dans un fichier type texte les erreurs s ils existent sont affich es aussi dans des indicateurs sur la face avant 24 Chapitre 5 Probl mes et difficult s V 1 Le syst me de polarisation de l chantillon Pendant l tude d interface du b ti et plus pr cis me
13. des mat riaux haute permitivit lectrique etc 11 II 3 Notre r acteur CVD Bas sur la technologie plasma micro ondes les r cteurs de la socit SEKI TECHNOTRONsont utilis s dans les applications de production et de recherche des fins diverses La technologie plasma micro ondes est une option attrayante pour la R amp D scientifiques et tr s utilis s en croissance diamant Le r acteur SEKI utilis dans l quipe permet le traitement micro ondes 2 45GHz haute pression gt 10 Torr dans une cavit cylindrique Cette approche permet d avoir un plasma confin dans la zone de champ maximale de la cavit en vitant d tre trop en contact avec les parois et de polluer la couche avec des compos s m talliques II 4 les composants de la machine La machine est complexes elle est compos e de plusieurs appareils ind pendant qui permettent d ajuster les param tres du proc d s e Pyrom tre infrarouge impac isr 12 LO e Mass flow contr leur Aera ro 40 e Contr leur de pression et de d bit mks 250 e Contr leur multi jauge Varian e Ecran tactile de control Seki e Aetex heater controler e G n rateur microondes Astex AX2115 e _ Polarisateur sorensen DC5600 1 7E e Alimentation AdvancedEnergy pe II5k e Coffret de contr le de r gulateurs de d bit massique OMICRON ROD 1B 12 Chapitre 3 D roulement du stage Les dur es longues des manipulations effectu es sur le SEKI ont p
14. e fonction d horloge et une sortie qui affiche les erreurs existantes annexe V1 2 IV 1 2 Sous programme des mass flows Entr e Tension V Sortie D bit SCCM M me principe ou avant sauf au lieu de faire une boucle for avec le format math matique de conversion V SCCM c tait plus favorable d utiliser des op rations math matiques simple car le format n est pas trop compliqu Le d bit r gler Tension r gl e X la pleine chelle de d bit 5V Et aussi nous avons 3 mass flow donc on a 3 pleines chelles diff rentes et 3 programmes diff rents pour le d bit de chaque gaz Pour le d bit de H2 plein d chelles de 1000 SCCM Pour le d bit de CH4 plein d chelles de 20 SCCM Pour le d bit de N2 plein d chelles de 10 SCCM 19 Les entr es sur la carte d acquisition sont respectivement 17 18 19 et 20 r serv es pour la quatri me mass flow qui n est pas en fonction pour l instant Face avant de SEKI vi Eichier dition Affichage Projet Ex cution Outils Fen tre Aide D SEHI TECHNOTRON CORP Diagramme de MF CH4 vi Outils Fen tre Aide ait to secem e short r l CE Dez ee Date heure Re mun Activer l criture Figure 1 exemple de sous programmation 20 IV 1 3 Sous programme de microonde Entr e Tens
15. ion V Sortie puissance W La m me m thode de programmation de pyrom tre mais seul la formule de conversion change VW dans la boucle for W 1500 10 V L entr e sur la carte d acquisition est la voie 21 avec la voie 28 pour la mass IV 1 4 Sous programme du contr leur de pression Entr e Tension V Sortie pression Torr Toujours le m me principe avec une formule de conversion Torr 1000 V 10 Les voies de ce contr leur sur la carte d acquisition sont 22 et 28 pour la mass IV 2 Programme principale Apr s avoir programm r les sous programmes Tal mis chaqu un dans un sous VI au but de les mettre tous dans un seule diagramme Labview et j ai donn chaque sous VI une couleur diff rente avec son nom pour faciliter la reconnaissance de chaque instrument s il y a des modifications sur le programme Chaque sous VI contient entr e sortie d erreur fonction d affichage les erreurs sorties d affichage sortie d criture dans un fichier avec un bouton d activation Puis tous les sous VIs sont rang s dans une boucle while qui sert garantir la continuation du processus d acquisition s il n y a pas d intervention du c t utilisateur Cette boucle est reli e une horloge qui d termine le temps entre deux acquisitions la demande de l utilisateur Dans l ent te du programme j ai rang toutes les commandes et sorties d affichage dans une commande onglets de 4 pages qui facilite
16. it Un autre type de retard pos par les manipulations prioritaires qui ont lieu sur le r acteur et il n tait donc pas possible d arr ter le b ti pour prendre les mesures ou faire le c blage Ceci oblige s ins rer pendant les p riodes de moindres activit s pour faire les diff rents tests n cessaires Par cons quent pour ne perdre du temps je suis pass sur d autres activit s 25 Conclusion A la fin de ce stage le syst me obtenu r pond aux attentes du cahier des charges un interfa age complet de tous les instruments et l acquisition de leurs donn es avec la possibilit de les traiter car ils sont enregistr s dans des fichiers EXCEL Les programmes ont fait dans une mani re facile utiliser par le client m me si il n a jamais utilis Labview un simple click pour r cup rer les donn es En fin tut ce travail fut pour moi une chance de mettre en application mes comp tences d ing nieur dans le domaine d instrumentation lectronique et la programmation et de m impliquer sur un sujet qui m int resse Travail suivre e Avant tous il faut appliquer la solution propos e pour le syst me de polarisation de l chantillon SORENSEN puis modifier le programme LABVIEW SEKI pour ajouter ce param tre dans le processus d acquisition e Des que le polarisateur est ajout il faut commencer par la partie commande afin de compl ter ce projet e L installation de r seau internet dans la salle de
17. manipulation ce qui permet d effectuer une surveillance de la croissance distance 26
18. nt le syst me de polarisation de l chantillon SORENSEN J n tais pas capable de mesurer sa tension de sortie et ce n tait donc pas possible d obtenir des donn es Afin de trouver une solution j ai essay avec M EON de bien comprendre le probl me Apr s la v rification de toutes les connections et que il y a vraiment quelque chose la sortie nous avons compris que le probl me n tait pas classique En effet apr s des heures de test nous avons trouv que la tension de sortie 0 5V est reli e la tension g n r e par le polarisateur 500V et il est variable en fonction de lui l une de premi res solutions qui que j ai pens c est d utiliser un transformateur apr s avoir fait un montage de transformateur ce dernier na pas fonctionn en raison du courant continu Deuxi me id e possible c tait d utiliser un optocoupleur mais la non lin arit de cet l ment nous emp che de les utiliser donc l id e a t aussi abandonn e La solution pr f rable est d utiliser un ampli op d isolement Le principe de ce AOP c est d isoler le 500V et fait passe le 0 5V L ampli op choisi est HCPL 7800 vous trouvez son information technique dans l annexe V 2 Retard g n ral Le retard tait li diff rentes raisons L une est li e avec la livraison de la carte d acquisition plus de deux semaines de retard entre la confirmation de la demande d achats et la r ception finale du produ
19. oches du contr leur de type D connecteur permettent de connecter l appareil une vari t de vannes de r gulation 250 contient le contr leur de trois modes d action de contr le dans la plupart des contr leurs industriels 1 Proportionnelle donne une action de la valve qui est instantan ment une fonction lin aire du signal d erreur 2 d riv e une action qui pr voit un signal la vanne qui est proportionnelle la vitesse de variation du signal d erreur 3 et int grale une action qui fournit un signal de valve suppl mentaire qui est proportionnelle la dur e pendant laquelle un signal d erreur existe Cet appareil a un connecteur 14 broches Amphenol qui fournit l acc s aux sorties diverses 15Vd alimentation et des inputs ext rieurs au contr leur 250 II 2 Phase d achat Apr s avoir analys r tous les appareils comprendre leur fonctionnement et savoir manier la connexion de chaqu un il tait n cessaire de faire une liste d achats pour effectuer l interface avec l ordinateur 15 Un processus long et compliqu car tous les produits sont achet s sur internet o la description est succincte et parfois il n y avait m me pas une image pour nous aider choisir le bon produit Le plus part des achats sont des connecteurs d interface plus des c bles et une carte d acquisition Cette liste contient IIL 2 1 Carte d acquisition NI USB 6211 O PENNAL Fabricant National Instruments
20. onvertisseurs de puissance embarqu e nouvelle g n ration Ces convertisseurs de puissance embarqu e nouvelle g n ration base de technologie diamant interviennent dans le domaine de l int gration de puissance Les besoins fonctionnels auxquels ils doivent r pondre sont la r duction poids volume co t et l augmentation des performances des convertisseurs de puissance embarqu e actuelles Ainsi les caract ristiques de puissance mises en jeu dans ces convertisseurs nouvelle g n ration pour r pondre ces besoins sont e L augmentation des temp ratures de fonctionnement des convertisseurs de puissance e L augmentation des fr quences de commutation e La diminution de poids volume du convertisseur Pour cela ces convertisseurs devront tre capables de e Commuter une tension de 10kV e Fonctionner sous une temp rature chip de 250 C e Avoir une fr quence de commutation de 2kHz puis gt 15kHz Les gaps envisag s gr ce ces convertisseurs nouvelle g n ration par rapport aux convertisseurs actuels portent sur la r alisation d int gration dans le domaine de l lectronique de puissance En effet l objectif principal aujourd hui est d accro tre cette int gration Les syst mes de conversion actuellement utilis s font appel des structures classiques de conversion qui ne sont plus en ad quation avec les attentes des nouveaux designs des trains Performances souhait es Performances lectriques
21. os la n cessit de savoir l tat de chaque param tre pendant le temps de manipulation car l utilisateur de la machine ne peut pas la surveiller tout le temps De l j tais oblig de trouver une mani re pour r cup rer toutes les donn es qui int ressent les utilisateurs pour faire les analyses n cessaires pour cela il fallait bien tudier chaque pi ces de la machine l aide des documents techniques comprendre leur fonctionnement et r aliser l interface avec l ordinateur via une carte d acquisition La t che essentielle est la r cup ration des donn es g n r es par les diff rents composants de la machine puis essayer de programmer les param tres qui sont non r alisable par l automate fourni par le fournisseur D s la premi re semaine j ai r alis une analyse compl te sur le travail demand l aide de mes cours de gestion de projet les s ances de projet en 314 pour optimiser le temps et profiter le maximum de chaque l ment existant annexe VI 7 mais les retards surtout dans les commandes des pi ces mont oblig modifier mon plan plusieurs fois vous trouverez plus de d tails dans la partie PROBLEME I 1 Documents techniques Parmi tous le composant du b ti mentionn ci dessus ceux qui nous int ressent le plus sont e La temp rature de pyrom tre e Le d bit des mass flow e La puissance du g n rateur microonde e Et finalement la pression des gaz dans le r acteur Vous trouve
22. r des cristaux naturels de diamant pour toutes les applications industrielles pr c demment voqu es Tout d abord parce que celui ci reste rare et cher et la plupart des diamants naturels contiennent des impuret s Il est donc n cessaire de d velopper des m thodes de croissance et de nano structuration permettant d obtenir des composants en diamant Une de ces m thodes est le CVD c est la m thode utilis par notre quipe a l institue N el depuis plusieurs ann es II 2 La technologie CVD La CVD est un proc d utilis pour produire des mat riaux solides de haute performance et de grande puret Ce proc d est souvent utilis dans l industrie du semi conducteur pour produire des couches minces Dans un proc d CVD typique le substrat est expos un ou plusieurs pr curseurs en phase gazeuse qui r agissent et ou se d composent la surface du substrat pour g n rer le d p t d sir Fr quemment des sous produits de r actions eux m mes en phase gazeuse sont produits et vacu s par le flux gazeux qui traverse en continu la chambre de r action Les proc d s de microfabrication utilisent largement la CVD pour d poser des mat riaux sous des formes vari es monocristallins polycristallins amorphes pitaxies Ces mat riaux incluent le silicium la silice le silicium germanium les carbures de silicium du carbone diamant les fibres nanofibres filaments nanotubes de carbone le tungst ne
23. vec du bore le diamant devient un semi conducteur grand gap 5 5eV de type P Le grand gap la mobilit des trous 1800 cm V s 300K du diamant la grande conductivit thermique ouvre des potentialit s dans le domaine de l lectronique de puissance Il existe 3 segments de march o il est envisag des applications faisant intervenir des composants base de diamant Ces 3 segments de march sont e Le secteur Transport Ferroviaire e Le secteur A ronautique e Le secteur Militaire I 1 Le secteur Transport Ferroviaire Actuellement concernant le secteur du transport ferroviaire les enjeux se situent principalement sur la cha ne de traction au niveau syst me En effet la finalit recherch e aujourd hui est de pouvoir r aliser un gain consid rable sur l ensemble de la cha ne de traction au niveau syst me Les besoins industriels qui ressortent pour le transport ferroviaire sont e Une augmentation des temp ratures de fonctionnement des convertisseurs de puissance 250 C e Une augmentation des fr quences de commutation e Une diminution du poids volume du convertisseur Ainsi l introduction de composants base de diamant devra permettre de diminuer globalement le co t de la fonction compl te de la cha ne de traction de r duire son poids et son encombrement Pour le secteur du transport ferroviaire les applications envisag es o il interviendrait des composants base de diamant sont l ensemble des c
24. w car il facilite la cr ation d une interface utilisateur et qu il est parfaitement adapt la communication avec des instruments gr ce aux biblioth ques int gr es Pour expliquer le processus de programmation je vais expliquer le programme NATIONAL INSTRUMENTS La de chaque instrument puis le fonctionnement g n ral Tous les 4 sous programmes que fal programm s ont le m me principe Je vais d tailler le premier puis pour les suivants je vais juste insister sur les diff rences 18 IV 1 Sous programmation IV 1 1Sous programme du pyrom tre Entr e Courant I mA Sortie Temp rature T C Commencer par l entr e analogique de la carte d acquisition assistant DAQ qui est initialis e recevoir des signaux de 4 20mA avec une entr e d erreur et les entr es sur la carte d acquisition sont 15 et 16 Ces donn es dynamiques sont transmises par une boucle for avec 10 it rations modifiable au choix de l utilisateur via une petite fonction qui traduira les donn es dynamiques un tableau des donn es l int rieur de cette boucle une autre boucle pour traduire les valeurs de signaux en Amp re et ses valeur en C par la formule crite en langage C T 300 100 300 20 4 100 4 Les r sultats sont transmis pour une fonction math matique qui donne la moyenne puis la valeur finale de la temp rature sera affich e et enregistr e dans un fichier Excel avec la date et l heure gr ce un
25. z en dessous un r sum du document technique et les sp cifications de chacun de ces appareils 13 IIL 1 1 Pyrom tre IMPAC IGAR 12 LO Le pyrom tre IMPAC est un pyrom tre bichromatique digital de haute pression avec fibre optique utilis pour mesurer la temp rature du substrat sans contact Il mesure d apr s le principe bicolore selon laquelle deux longueurs d ondes voisines d terminent la temp rature Tous les param tres sont r glables sur le pyrom tre et par liaison en s rie Installation lectrique le pyrom tre est aliment par une tension 24 V Etant donn que l appareil travaille avec des cellules de mesure thermostatis es il a besoin d une phase de chauffe pouvant atteindre 5 minutes ensuite l appareil est pr t Le pyrom tre est le seul appareil qui donne une sortie en courant 4 20 mA ainsi pour avoir le signal de sortie il faut brancher une r sistance autour 100 Q entre le deux sorties analogiques i et i les broches L et B avant de le relier la carte d acquisition III 1 2 Mass flow controler Aera Le mass flow contr leur de type Aera FC 79X est un instrument de pr cision con u pour la mesure et de contr le de d bit massique des gaz Aliment de 15V DC cet appareil donne une sortie analogique de 0 5V Sur notre b ti on a 4 mass flow contr leurs pour contr ler le d bit d hydrog ne H2 pleine chelle 1000 SCCM MAX le m thane CH4 pleine chelle 20 SCCM MAX
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