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Etude et réalisation dun système asservi de contrôle de mouvement nanométrique appliqué à une source délectrons 1 Mémoire dingénieur électronique présenté

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Présentation au sujet: "Etude et réalisation dun système asservi de contrôle de mouvement nanométrique appliqué à une source délectrons 1 Mémoire dingénieur électronique présenté"— Transcription de la présentation:

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3 Etude et réalisation dun système asservi de contrôle de mouvement nanométrique appliqué à une source délectrons 1 Mémoire dingénieur électronique présenté par Bruno ALEXANIAN au Conservatoire National des Arts et Métiers, le 15 juin 2005

4 Plan Contexte du projet Objectifs Module 1 Module 2 Assemblage du système Bilan (technique et économique) Conclusion 2

5 Contexte du projet But : réalisation dun "nez électronique" dans le cadre dun contrat avec la DERA – DSTL Dispositif composé en trois parties 3 Projet réalisé au laboratoire LPMCN U.M.R (CNRS / UCBL)

6 Constitution du "nez électronique" Principe 1 - Emission dun faisceau électrons à partir dune source e Ionisation négative des molécules à analyser : mol + e - mol Analyse des ions par spectrométrie de masse à temps de vol

7 Source délectrons Principe de la source par émission de champ (sous vide) Paramètres géométriques - Distance d - Forme de la pointe Paramètres physiques - Tension V - Matériau de la pointe 5 Réaliser un système dasservissement pour le contrôle du mouvement nanométrique de la pointe

8 Objectifs du projet Conclusion : choix dun développement modulaire comprenant un dispositif de pilotage manuel et automatique. Créer une source délectrons avec les spécificités suivantes : - Courant démission : 1 μA - Tension démission : 200 à 300 V 6 Implications : Maîtriser parfaitement la faible distance d Générer la haute tension V adéquate Mesurer le faible courant démission (nA au µA)

9 Synoptique 7

10 Plan du projet Conception du Module 1 (Carte de pilotage de l I nchworm) Développement du Module 2 (Carte de gestion de commandes) Adaptation des autres parties existantes (Amplificateur HT, nanoampèremètre, générateur HT) Assemblage du système (Système électronique et ensemble du dispositif piézoélectrique) Mise au point du système 8

11 (Carte prototype) Module 1 9

12 Rôle : commander le micromoteur piézoélectrique pour effectuer le déplacement précis de la pointe. 1 cm 10

13 Séquence dun « pas » 11

14 Fonctionnalités du prototype Module 1 Génération des signaux de commande Réglage de la vitesse de déplacement Sélection du sens de déplacement de l I nchworm Compatibilités : -Interfaçable -Compatible avec lamplificateur HT 12

15 Choix dune conception analogique du Module 1 Avantages : - Maîtrise totale de la qualité et de la rapidité des signaux - Souplesse des réglages en temps réel Contraintes à respecter : - Stabilité en température (amplitude et fréquence) - Contrôle de la stabilité à long terme - Immunité au bruit environnant - Faible coût 13

16 Schéma de principe simplifié de la carte Module 1 V clamp 1 et V clamp 3 V central 14 Autres éléments : - Filtres RC : lissage des signaux de "clamping" - Circuits "buffers" : adaptation dimpédance des sorties - Commutateurs analogiques : sélection de différents réglages

17 Synoptique 15

18 (Carte prototype) 16 Module 2

19 Pupitre de commande 17

20 Fonctionnalités du Module 2 : 1 - Contrôler une approche automatique de la pointe 2 - Activer le pilotage manuelle de la pointe Implications : Déplacement Z de la pointe Commande du générateur HT Mesure du courant démission Gestion du pilotage automatique Sécurités Interface de commandes Dispositif électronique piloté par µC 18

21 Principe du système dapproche automatique Phase A : approche rapide (V HT = 2000 V, I crête = 20 nA) Phase B : approche fine (V HT = 200 V, I crête = 1 µA) Phase C : réglage de I(V) (V HT ~ 300 V, I moyen = 1 µA) Phase D : stabilisation du courant (Modulation de V HT ) 19

22 Mesure du courant démission 20 Allure de i(t) avant la phase DAllure de i(t) après la phase D Principe de lalgorithme de la phase D Répéter Effectuer 10 mesures rapprochées du courant Faire la moyenne des 10 mesures Si moyenne > 1,1 µA ==> V = V - 1 Si moyenne V = V + 1

23 Choix technologique du Module 2 Microcontrôleur PIC 16F877 (Microchip) cadensé à la vitesse max de 20 MHz Avantages : - 33 Entrée/Sorties - CNA 10 bits intégré - Souplesse de programmation en PicBASIC évolué - Mémoire FLASH (8 K) - Auto-protection - Coût abordable 21

24 Assemblage du système 22

25 Maintenance 23 Recul rapide Arrêt Recul lent Avance lente Approche automatique Option Etat système Pilotage nanométrique de la pointe Contrôle visuel de la pointe

26 Bilan Bilan technique - Système fiable et évolutif - Possibilité de numériser le Module 1 - Miniaturisation possible de lensemble du système Bilan économique - Coût du Module 1 : Coût du Module 2 :

27 Perspectives de miniaturisation Modules 1 & 2 réunis autour dun seul composant 25

28 Les autres modules du système Réduction possible du nanoampèremètre Remplacement de lalimentation HT et de lamplificateur HT par un convertisseur dit « ultra miniature DC to HV DC converter » 26

29 Conclusion Dispositif électronique conforme au cahier des charges sur le plan technique et économique Perspectives Remarques personnelles 27

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31 Etude et réalisation dun système asservi de contrôle de mouvement nanométrique appliqué à une source délectrons Mémoire dingénieur électronique présenté par Bruno ALEXANIAN au Conservatoire National des Arts et Métiers, le 15 juin 2005


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