Structural health monitoring of aeronautical composite structures : design of an embedded system based on accelerometers

La surveillance de santé structurelle, SHM en anglais, est un domaine en plein essor avec l'arrivée massive des composites dans les transports. Ce matériau plus léger que les alliages traditionnels investit les avions, les trains, les bateaux ou les voitures. Permettant des économies substantielles d'énergie, il présente néanmoins l'inconvénient de pouvoir développer des défauts internes invisibles par une inspection visuelle. Dès lors leur surveillance est primordiale. Les pales d'avions turbopropulseurs (A400M, ATR, etc…) répondent aux mêmes exigences. Etre capable de déterminer un endommagement de la structure par le biais de capteur est tout l'enjeu des recherches. Cet objectif implique deux points : étudier le comportement de la pale et y développer un système embarqué pour obtenir des données et/ou surveiller. Dans ce contexte, ce travail de recherche a pour objectif de mener les premières études en déterminant une premier modèle comportementale des pales; en développant un premier microsystème enregistreur de paramètres de pales; en élaborant un premier algorithme de surveillance de la pale et d'événements endommageant (impacts, survitesses, survibrations)The structural health monitoring, or SHM, represents today a key challenge today, with a massive use of composites in the field of transport. This material, lighter than a conventional alloy, is very attractive for airplanes, trains, boats or cars manufacturing. This allows significant energy savings, but can hide internal defects invisible from the outside. At this point, dedicated supervision is essential. Blades of turboprop plane (A400M, ATR, etc.) are in face of the same problems. Determination of structural defects by the use of sensors is the key solution for the research in this field. Thus, this problem has two solutions: studying blade performances and designing an embedded system able to record data and/or monitoring the structural health. The research studies presented in this thesis represent the first results of damaged blade performances. It leads to the design of a first embedded data recorder of blade parameters and computes a first dedicated algorithm for monitoring the blade structural health and damaging events (shocks, over-speeds, over-vibrations

Contrôle électronique à l'intérieur d'une molécule individuelle

L objectif de cette thèse était d explorer le contrôle de la dynamique d une molécule individuelle par son excitation électronique. Le prototype utilisé a été une molécule de biphényl adsorbée sur une surface de Si(100) et excitée par les électrons issus de la pointe d un microscope à effet tunnel à très basse température (5 K). Cette thèse montre les perspectives offertes par l excitation électronique résolue spatialement d une molécule individuelle, en particulier pour le contrôle de la dynamique moléculaire. Des dynamiques aussi diverses que la diffusion ou l ancrage d une molécule sur la surface ainsi que différents mouvements réversibles, dont le basculement de la molécule, ont pu être induits par les électrons tunnels. Il a été démontré que ces mouvements réversibles résultent d excitations électroniques via des résonances moléculaires qui ont été détectées par spectroscopie tunnel. La sélectivité énergétique et spatiale de ces excitations électroniques permet de contrôler la dynamique de la molécule. Ces résultats démontrent un nouveau mode de contrôle de l état électronique et de la dynamique moléculaires fondé sur la localisation de l excitation à l intérieur de la molécule.The central theme of this thesis is the control of single molecule dynamics by electronic excitation. Tunnel electrons from the tip of a low temperature (5 K) scanning tunneling microscope have been used to excite a biphenyl molecule adsorbed on a Si(100) surface. This thesis demonstrates the new perspectives offered by the ability to spatially resolve the electronic excitation, especially for controlled molecular dynamics. A large range of molecular dynamics, such as diffusion, pinning and reversible motion like the mechanical switching of a single molecule, has been induced by tunnel electrons. It has been shown that the reversible motions are due to electronic excitations associated with molecular resonances detected by tunneling spectroscopy. The spatial and energetic selectivity of these electronic processes allows the control of the molecular dynamics. These results demonstrate a new kind of control of the molecular electronic state and dynamics based on the localization of the excitation inside a single molecule.ORSAY-PARIS 11-BU Sciences (914712101) / SudocSudocFranceF

Surveillance de la santé des structures aéronautiques en composites (développement d'un système embarqué à base d'accéléromètres)

La surveillance de santé structurelle, SHM en anglais, est un domaine en plein essor avec l'arrivée massive des composites dans les transports. Ce matériau plus léger que les alliages traditionnels investit les avions, les trains, les bateaux ou les voitures. Permettant des économies substantielles d'énergie, il présente néanmoins l'inconvénient de pouvoir développer des défauts internes invisibles par une inspection visuelle. Dès lors leur surveillance est primordiale. Les pales d'avions turbopropulseurs (A400M, ATR, etc ) répondent aux mêmes exigences. Etre capable de déterminer un endommagement de la structure par le biais de capteur est tout l'enjeu des recherches. Cet objectif implique deux points : étudier le comportement de la pale et y développer un système embarqué pour obtenir des données et/ou surveiller. Dans ce contexte, ce travail de recherche a pour objectif de mener les premières études en déterminant une premier modèle comportementale des pales; en développant un premier microsystème enregistreur de paramètres de pales; en élaborant un premier algorithme de surveillance de la pale et d'événements endommageant (impacts, survitesses, survibrations)The structural health monitoring, or SHM, represents today a key challenge today, with a massive use of composites in the field of transport. This material, lighter than a conventional alloy, is very attractive for airplanes, trains, boats or cars manufacturing. This allows significant energy savings, but can hide internal defects invisible from the outside. At this point, dedicated supervision is essential. Blades of turboprop plane (A400M, ATR, etc.) are in face of the same problems. Determination of structural defects by the use of sensors is the key solution for the research in this field. Thus, this problem has two solutions: studying blade performances and designing an embedded system able to record data and/or monitoring the structural health. The research studies presented in this thesis represent the first results of damaged blade performances. It leads to the design of a first embedded data recorder of blade parameters and computes a first dedicated algorithm for monitoring the blade structural health and damaging events (shocks, over-speeds, over-vibrations)TOULOUSE-INSA-Bib. electronique (315559905) / SudocSudocFranceF

Low temperature electron transport on semiconductor surfaces

The low temperature electron transport on semiconductor surfaces has been studied using an ultra high vacuum, variable temperature Scanning Tunneling Microscope (STM). The STM I(V) spectroscopy recorded at various temperatures has enabled to investigate the temperature dependence (300 K to 35 K) of the surface conductivity of three different semiconductor surfaces: highly doped n-type Si(100), p-type Si(100), and hydrogenated C(100). Low temperature freezing of specific surface electronic channels on the higly doped n-type Si(100) and moderately doped p-type Si(100) surfaces could be achieved whereas the total surface conductivity on the hydrogenated C(100) surface can be frozen below only 180 K.We wish to thank the European IST-FET «Bottom-up-Nanomachines» (BUN) and the European «Atomic and Molecular Manipulation; a new tool In Science and Technology» (AMMIST) network

Low-temperature electron transport on semiconductor surfaces

The low temperature electron transport on semiconductor surfaces has been studied using an ultra high vacuum, variable temperature Scanning Tunneling Microscope (STM). The STM I(V) spectroscopy recorded at various temperatures has enabled to investigate the temperature dependence (300 K to 35 K) of the surface conductivity of three different semiconductor surfaces: highly doped n-type Si(100), p-type Si(100), and hydrogenated C(100). Low temperature freezing of specific surface electronic channels on the higly doped n-type Si(100) and moderately doped p-type Si(100) surfaces could be achieved whereas the total surface conductivity on the hydrogenated C(100) surface can be frozen below only 180 K

Embedded blade microsystem and events recorder for drone structural health monitoring

Structural health monitoring is today growing challenge. A good health structure allows to assure in real-time a good performance level, to keep a high level of safety and to plan maintenance. Why drone applications? Drones are very expansive aircrafts, also referred to as UVA (unmanned air vehicle), exposed to a harsh environment due to their frequent military usage. In this context, propellers are among the key components worth health monitoring. The purpose of our research is to develop for the drone propeller an integrated electronics combining accelerometers and signal processing, able to record damaging events for the drone: shocks, vibrations or overspeeds whereas strain gauges could not analyze all these criteria. These parameters allow concluding whether the blade is damaged or not. This paper will present our embedded microsystem on drone propellers. Then we will show through real experiments how it is possible to monitor and detect events like stone shocks, propeller overspeeds or too strong vibrations. Specific algorithm for diagnosis will be discussed and evaluated in different environment tests conditions. Moreover the use of a wireless synchronization between several propellers will be studied too