6 mois
Trappes (78)
Réf. STA/MI/DMSI
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Stage

« Smart mass » : Conception et réalisation d’un pseudo étalon de masse, communiquant et muni de capteurs de proximité et d’inclinomètres

Contexte du stage 

Dans l’optique de la modification du système international d’unités SI, fondée sur la valeur de constantes fondamentales de la physique, le LNE a développé une expérience de balance de Kibble qui relie la constante de Planck h au kilogramme.

 

Après une dizaine d’années de développements séparés des différents éléments, de très nombreuses caractérisations et améliorations, une valeur de la constante de Planck a été déterminée à l’été 2017, avec une incertitude-type relative de 5.7x10-8, dont la valeur a été  en compte pour la nouvelle définition du kilogramme.

 

Dans l’expérience de balance de Kibble, une bobine circulaire, plongée dans un flux magnétique radial et horizontal est le cœur du dispositif de la balance du watt. Parcourue par un courant (phase statique), il s’exerce sur elle une force de Laplace nominalement verticale qui est comparée au poids d’une masse étalon. Déplacée de manière verticale (phase dynamique), il apparaît à ses bornes une tension. Il résulte de la combinaison de ces deux étapes l’égalité d’une puissance électrique et d’une puissance mécanique virtuelle. La détermination des grandeurs électriques par comparaison à l’effet Josephson et à l’effet Hall quantique permet d’établir une relation entre une masse macroscopique en kilogramme et la constante de Planck (h).

 

L’expérience n’a pas encore atteint ses limites, et de nombreuses améliorations sont prévues pour réduire chacune des composantes de l’incertitude afin de réaliser l’unité de masse aux meilleurs niveaux mondiaux.

L’une de ces améliorations porte sur la détermination des mouvements de la masse étalons lors des déposes dans la balance.

 

Missions 

 

En phase statique, une masse cylindrique (39 mm de diamètre et 39 mm de hauteur) est successivement déposée et ôtée d’une  plateforme solidaire d’un comparateur de masse.

Lors du transfert de la masse, celle-ci doit conserver la même inclinaison par rapport au plan horizontal : il faudra donc réaliser une « masse intelligente », c’est-à-dire un cylindre métallique creux muni d’inclinomètres permettant de suivre la position angulaire de la masse au cours du temps avec une fréquence d’acquisition de 100 Hz et une résolution meilleure que le milliradian.

Par ailleurs, la masse repose sur 3 cylindres aux extrémités arrondies et disposés en triangle équilatérale : lors des transferts, il faudra être capable d’identifier précisément l’ordre de contact de ces 3 points de support. Le plan inférieur de la masse devra donc être muni de capteurs de proximité permettant une détection du contact des points support avec une résolution verticale meilleure que 100 µm.

Ces mesures devront être transmises sans fil au système informatique du laboratoire.

Un système à base de microcontrôleur Arduino est envisagé.

Vous devrez donc concevoir et réaliser un système d’encombrement maîtrisé, autonome et communicant sans fil (pour la transmission de son inclinaison et de la distance aux cylindres supportant la masse).

 

Profil 

 

Vous recherchez un stage dans le cadre de votre Master 2 en Informatique, Electronique, Instrumentation.

Vous disposez d’une bonne connaissance en programmation des microcontrôleurs (Arduino)

Vous appréciez et possédez des aptitudes pour le travail en équipe, tout en étant autonome et force de propositions.

La maîtrise de l’anglais est requise.

 

Gratification

1218 € brut / mois pour un niveau Bac +5

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