• Mesures circuit RLC en série entre 100 et 140 Hz, à 70dB, pas d'offset

• Datasheet photodiode

Pour augmenter l'intensité du signal, on a tenté de diminuer l'impédance de notre système en réalisant un circuit RLC en parallèle. Pour ce faire, on a récupéré une résistance à 210 Ohm (la seule avec une valeure suffisante à notre disposition). On a ensuite tenté de trouver la fréquence de résonance (max d'intensité) en balayant en fréquence autour de la valeur théorique déterminée (4600 Hz environ) et en mesurant la tension sur l'oscilloscope.

On observe 2 sections dans la courbe précédente. Entre 0 et 6000 Gauss, la réponse de la bobine au champ électrique est linéaire. Le champ magnétique ne répond plus linéairement au courant d'alimentation au delà de 6000 Gauss.

Documentation photodiode : https://www.thorlabs.com/drawings/a16b78b18eefcbc2-9E9F851C-D87E-2DA3-00426E8DBDBDFFC7/PDA36A-EC-Manual.pdf

• Gain photodiode : 60dB
• Courant alternatif
• Pas d'offset
• 0.255Hz
• Tension 13,333
  

Réponse devis circuit de fer : on nous contacte demain

Mise à jour du WP2 :

Caractérisation du spectre d'absorbance par le ferrofluide ( Γ-Fe203)

set_up_absorbance_ss_cuve.pdf

Image du dispositif expérimentale sans les ferrofluides

set_up_absorbance.jpg.pdf

Image du dispositif expérimentale sans les ferrofluides

Le ferrofluide absorbe une partie du spectre de la lumière blanche dans le proche infrarouge ( à partir de 650 nm jusqu'à 900 nm environ voir plus car on est limité par la bande spectrale du spectromètre).

* Valeurs théoriques et expérimentales du Champ magnétique pour deux bobines mise en place sur l'aimant:

Formule théorique : B = μ0*H = μ0 ( N*I / ( Lc/μr) + Le)

Lc = longueur de l'aimant = 60 cm

Le = distance entre les deux aimants supérieurs = 5 mm

μ0 = 1,26*10^-6 SI

μr = 5000

I = 4A

Cas 1 : N=500

Bth = 0, 48 T

Bexp = 0,010 T

Cas 2 : N= 84

Bth = 0,010 T

* Valeurs théoriques et expérimentales du Champ magnétique pour une bobine (réalisées avec différentes bobines) :

Formule théorique : B = μ0*N*I / l

l = 69 mm

I = 4A

Bobine avec N = 50 spires : Bth = 3,5 mT / Bexp = 2,7 mT

Bobine avec N = 600 spires : Bth = 36 mT / Bexp = 25 mT

Bobine avec N = 250 spires : Bth = 25 mT / Bexp = 12-13 mT

On est en signal crénaux Vpp= 30 V Voffset = 0V f = 100 Hz

Tout ce qui est en dessous de 100 Hz fonctionne

* Mesure du champ magnétique généré avec les 2 bobines disponibles - Clément et Elyes

Le champ magnétique obtenu est très faible (comparé à celui dont on a besoin) : B = 0.1 mT, alors qu'on a besoin d'un champ de l'ordre de 0.2 T !

B = μ0*N*i/L , avec N : nombre de spires, L : longueur de la bobine et i : le courant généré

Avec le matériel à notre disposition, on a un courant i = 3 A et un champ B = 0.1 mT –> N/L = 26

Pour avoir un champ magnétique suffisant ( de l'ordre de 0.2 T) il nous faudrait, avec nos bobines, un courant : i = B*L/μ0*N = 6*10³ A

Ou bien un rapport N/L = 15*10³

–> pistes envisagées :

- trouver un autre générateur de courant plus puissant : pas possible, c'est le plus puissant disponible

- augmenter le rapport Nombre de spires/longueur de la bobine pour avoir un champ plus important sachant qu'actuellement, on a N/L=26 : compliqué à réaliser car de telles bobines ne tiendraient pas sur nos supports

Liens :
Farady effect: Determining Verdet's constant for flint glass as a function of the wavelength with 250 turns coils : https://www.ld-didactic.de/documents/en-US/EXP/P/P5/P5461_e.pdf?__hstc=98968833.6c4d1588ef44217d057c3c6e4eb4cbbb.1636712892620.1636715553715.1636717934500.3&__hssc=98968833.1.1636717934500&__hsfp=4281908586&_ga=2.236484358.667843940.1636712893-1482382949.1636712893
Datasheet bobines Leybold : https://www.ld-didactic.de/documents/en-US/GA/GA/5/562/56213de.pdf?__hstc=98968833.6c4d1588ef44217d057c3c6e4eb4cbbb.1636712892620.1636715553715.1636717934500.3&__hssc=98968833.1.1636717934500&__hsfp=4281908586&_ga=2.163010619.667843940.1636712893-1482382949.1636712893
Datasheet bobine Phywe (N=600) : https://www.ontrium.com/en/germany/brands/phywe/06514-01
Cours circuits magnétique et inductance : http://www8.umoncton.ca/umcm-cormier_gabriel/Electrotechnique/Chap7.pdf

À faire :
• Finir les mesures sur absorbance de la cuve - Pierre charge t'en vu que t'étais déjà dessus

• Design support du cicle de fer + test - Clément

• Commande laser partie le 28/10/2021 :

- Module laser à 980nm, 4.5mW, diamètre = 11.0mm : https://www.thorlabs.com/thorproduct.cfm?partnumber=CPS980 - 99.34€
- Alimentation laser : https://www.thorlabs.com/thorproduct.cfm?partnumber=LDS5 - 83.86€
- Support laser (avec possibilité de couplage avec une tige en acier) : https://www.thorlabs.com/thorproduct.cfm?partnumber=AD11F - 28.03€
- 2 Lunettes de protection : https://www.thorlabs.com/thorproduct.cfm?partnumber=LG1 - 2x 171.66€

TOTAL : 554.55€

• Finir la biblio - Tous avant la moitié de la semaine pro

• Préparer WP2 et WP3 - Tous à la fin de la séance

• Organisation de la journée :
  • Améliorer le design du support de la cuve + platine - Clément

Actuellement en version 3, le fichier 3D se trouve sur la page de fichiers du projet sous le nom : support aimant 3D v3

En attendant l’impression de la pièce en 3D, nous avons désigné un support différent de coupable dans de l’acrylique pour pouvoir commencer les manipulations.

Le support est :

L’aimant monter sur le support provisoire est :

• Étude du signal/spectre d'absorption/transmission cuve - Pierre + Elyes
• Recherche d'un module laser (en préférence Thorlabs) qui - Carlos

Recherche des propriétés de la maghémite (γ-Fe2O3) :

[1] http://webmineral.com/data/Maghemite.shtml#.YXEh3xpBxPZ

[2] Magnetite Fe3O4 Nanocrystals: Spectroscopic Observation of Aqueous Oxidation Kinetics Jing Tang, Matt Myers, Ken A. Bosnick, and Louis E. Brus, J. Phys. Chem. B 2003, 107, 7501-7506 http://www.columbia.edu/cu/chemistry/groups/brus/pdf2/jp027048e.pdf

Voir le service Laser pour comparer différentes photodiodes

Résultats de mesure + recherche biblio :

FAUX ä expliquer

1) Les mesures du spectre d'émission d'une source de lumière blanche avec et sans la cuve permettent d'en déduire le spectre d'absorption de la cuve dans le visible. On observe un minima vers 730nm et, pour des longueurs d'onde supérieures à 860nm, soit dans le proche IR, on observe une absorption presque nulle.

L'intensité est minimale (courbe intensité normalisée) quand l'absorption du faisceau par le ferrofluide est maximale (courbe jaune) dans le spectre visible. Dans le proche IR l'intensité est maximale ce qui traduit une absorption minimum.

C'est pourquoi dans notre étude on choisira une diode laser dans le proche IR. De plus la photodiode dont nous disposons possède un pic de sensibilité à 970 nm.

2) Les sources biblio nous donnent des résultats/pistes de travail très intéressantes.
D'une part, le site web mineral[1] nous donne des propriétés physiques, chimiques et optiques de la maghémite (γ-Fe2O3). Le tableau ci-dessous nous donne la réflectivité, en termes d'intensité, de la maghémite en fonction de la longueur d'onde dans l'air.
On observe que plus la longueur d'onde λ vire vers le rouge et IR, plus la réflectivité R décroît. On peut donc assumer que pour des λ ~ 900nm, R ~ 18-18,5.

D'autre part, même si l'article [2] est l'objet d'une étude spectroscopique de l'oxidation de la magnétite (Fe3O4) en maghémite, cela n'empêche qu'on puisse en tirer des informations pertinentes concernant leurs résultats.
La figure ci-dessous montre que pour des temps de réaction très longs, l'absorbance est presque nulle dans la plage de [750;1000]nm.

⇒ Conclusion sur le module laser :
D'après le datasheet de la photodiode, le pic de sensibilité est à λ = 970nm. On peut choisir un module laser de λ dans la plage [950; 1000nm].

• Discussion avec M. Dupuis ~ 16h

Module laser à acheter
- Module laser à 980nm, 4.5mW, diamètre = 11.0mm : https://www.thorlabs.com/thorproduct.cfm?partnumber=CPS980 - 99.34€
- Alimentation laser : https://www.thorlabs.com/thorproduct.cfm?partnumber=LDS5 - 83.86€
- Support laser (avec possibilité de couplage avec une tige en acier) : https://www.thorlabs.com/thorproduct.cfm?partnumber=AD11F - 28.03€
- 2 Lunettes de protection (A REVOIR) : https://www.thorlabs.com/thorproduct.cfm?partnumber=LG1 - 2x 171.66€

TOTAL : 554.55€

Données laser
- Laser rouge à 660nm + 4,76V + gain 30dB
Avec la cuve il faut passer à 60dB, avec amplitude signal = 430mV → la cuve absorbe tout

• Supports mécaniques

Impression 3D de la cuve et de la plaque de support par les ingénieurs La réalisation des plans a été réalisées sous Shaper

Rendu ci-dessous de la mise en place de la plaque de support et de la cuve:

Objectif d'amélioration : Le système est bancal donc pas stable à cause des 2 vis qui sont en contact direct de l’équerre , donc à méditer sur la possibilité de faire des trous de filetage dans l’équerre en acier

• Mise à jour du Gantt – Carlos
  • Réorganisation des WP + liste des tâches et sous tâches du WP0 (Familiarisation avec le sujet) et WP1 (Setup et tests de base)

• Support mécanique
  • Support de la cuve designée et opérationnelle v1 – Clément
  • Plaque de support designée et mise en place de celle-ci entre l'entrefer et la platine de rotation v1 – Pierre

• Familiarisation avec Inkscape pour le design des systèmes optiques – Elyes

• Recherche de lasers et datasheets qui répondent à nos besoins – Elyes + Carlos

https://www.optonlaser.com/laser/diodes-superluminescentes-sld-nanoplus

https://www.optonlaser.com/laser/diodes-superluminescentes-sld-nanoplus/Diodes-lasers-Nanoplus-SLD-1700-2300nm.pdf

https://www.optonlaser.com/laser/module-compact-diode-laser-cw-modulable

https://www.toptica.com/products/single-mode-diode-lasers/ibeam-smart/

https://www.toptica.com/contact-us/wavelength-request-form/?tx_powermail_pi1%5Bproduct%5D=iBEAM%20SMART%20CD&tx_powermail_pi1%5Bwavelength%5D=1064%20nm&tx_powermail_pi1%5Boutputpower%5D=200%20mW

https://www.lasersafetyfacts.com/laserclasses.html

• Mise en commun des éléments théoriques liés aux bibliographie
  • Effet Faraday
  • Constante de Verdet

• Matériel
  • Mise en place du protocole expérimental pour mesurer la constante de Verdet de notre ferrofluide.

• Gantt
  • Etude des différents “work package”
  • Création du diagramme

• Trouver problème photodiode

• Caractérisation de la linéarité du système ?

• Etude de la vitesse de réponse de la photodiode

• Mesure de la constante de Verdet pour notre échantillon

• Mécanique
  • Trouver une solution pour placer les bobines sur le banc optique
    • Effet Faraday
    • Effet Pockels
    • Modéliser un support pour maintenir l'échantillon dans l'entrefer de l'aimant
      • Prendre les mesures de l'échantillon et du support

• Réalisation du schéma du protocole expérimental sur Inkscape

• Est-ce que le nombre de spires est identiques sur les 2 bobines ?

• Comparer effet Faraday avec le ferrofluide et avec un autre montage expérimental pour observer l'effet d'anisotropie ? Variation d'amplitude.

• Idem pour la biréfringence & comparer avec lame de phase. Variation de phase.

• Etudier l'impact de la modification de l'intensité du champ magnétique avec une certaine concentration de ferrofluide.

• Réaliser un circuit RL, pour étudier le temps de relaxation, puis comparer avec un circuit RLC.

• Quelle est la limite des nanoparticules en fonction du champ magnétique ?

Lire la bibliographie et en faire un résumé :

• Wang, Shibin, Caixin Sun, Lin Du, Chenguo Yao, and Yong Yang. ‘Reciprocity of Faraday Effect in Ferrofluid: Comparison with Magneto-Optical Glass’. Optik 123, no. 6 (March 2012): 553–58. https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2011.06.008.

• Brevet-Philibert, O, and J Monin. ‘The Measurement of the Faraday Effect in Alternating Magnetic Fields: A New and Simple Method’. Measurement Science and Technology 1, no. 4 (1 April 1990): 362–64. https://doi.org/10.1088/0957-0233/1/4/009.

• Kumari, Sarita, and Sarbani Chakraborty. ‘Study of Different Magneto-Optic Materials for Current Sensing Applications’. Journal of Sensors and Sensor Systems 7, no. 1 (13 June 2018): 421–31. https://doi.org/10.5194/jsss-7-421-2018.

• Nandiguim, Lamaï. ‘Etude du comportement magnétique et spectral de l’effet Faraday dans des oxydes métalliques dopés par des nanoparticules magnétiques de ferrite de cobalt’, 2016. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-02066362/document

• Martinez, L., F. Cecelja, and R. Rakowski. ‘A Novel Magneto-Optic Ferrofluid Material for Sensor Applications’. Sensors and Actuators A: Physical 123 (2005): 438–43. https://doi.org/10.1016/j.sna.2005.05.003 Résumé

• Un exemple de modulateur de Faraday commercial Faraday modulator (commercial) https://www.holmarc.com/faraday_modulator.php

Se renseigner sur :

• effet Faraday
• effet Pockels

• Schéma montage & explication

• Evaluer les prix des lasers à 880nm sur Thorlabs & étudier leurs datasheet.