1 Capteurs de déplacement encadré par Mr HAUDIQUET Soizic Geslin – Minh Le Hoai Samy Fouilleux...

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Capteurs de Capteurs de déplacementdéplacement

encadré par Mr HAUDIQUETencadré par Mr HAUDIQUETSoizic Geslin – Minh Le HoaiSoizic Geslin – Minh Le Hoai

Samy Fouilleux – Maxime ChambreuilSamy Fouilleux – Maxime Chambreuil

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DéroulementDéroulement

Objectifs du projetObjectifs du projet Recherche documentaireRecherche documentaire Application : Instrumentation d’un Application : Instrumentation d’un

banc de tractionbanc de traction Problèmes rencontrésProblèmes rencontrés ConclusionConclusion

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Objectifs du Objectifs du projetprojet

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Objectifs du projetObjectifs du projet « Etat de l’art » ( dixit HH ) des « Etat de l’art » ( dixit HH ) des

capteurs de déplacementcapteurs de déplacement

Etude d’un capteur laserEtude d’un capteur laser

Réalisation d’une carte d’interfaçage Réalisation d’une carte d’interfaçage entre le capteur et la carte entre le capteur et la carte d’acquisitiond’acquisition

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Recherche Recherche documentairedocumentaire

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Recherche documentaireRecherche documentaire

Capteurs laserCapteurs laser Capteurs optiquesCapteurs optiques Capteurs inductifsCapteurs inductifs Capteurs capacitifsCapteurs capacitifs

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Capteurs laserCapteurs laser

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Capteurs laserCapteurs laser Capteurs fonctionnant avec Capteurs fonctionnant avec

suppression de l’avant ou arriere suppression de l’avant ou arriere planplan

Capteur laser de distance par Capteur laser de distance par triangulationtriangulation

Capteurs laser de distance avec Capteurs laser de distance avec mouvementsmouvements

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Capteurs laser : Capteurs laser : triangulation 1triangulation 1

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Capteurs laser : Capteurs laser : triangulation 2triangulation 2

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Capteurs laser : Capteurs laser : triangulationtriangulationPSD contre CCDPSD contre CCD

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Capteurs laser : Capteurs laser : triangulationtriangulationprécision des mesuresprécision des mesures

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Capteurs inductifsCapteurs inductifs

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Capteurs inductifsCapteurs inductifs Principe de mesure :Principe de mesure :

L’élément mobile fait varier le flux L’élément mobile fait varier le flux magnétique dans un enroulement de magnétique dans un enroulement de mesuremesure

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Avantages :Avantages : économique à l’achat, miniaturisation, économique à l’achat, miniaturisation,

haute résolution, bonne précision même haute résolution, bonne précision même dans un milieu agressif, peu dans un milieu agressif, peu consommateurconsommateur

Inconvénients :Inconvénients : coûteuxcoûteux

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Capteurs inductifs Capteurs inductifs (utilisation)(utilisation)

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Capteurs capacitifsCapteurs capacitifs

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Capteurs capacitifsCapteurs capacitifs PrincipePrincipe

Il s’agit soit de condensateur plans soit de condensateur cylindrique dont Il s’agit soit de condensateur plans soit de condensateur cylindrique dont l’une des armatures subit le déplacement à traduire, entraînant une l’une des armatures subit le déplacement à traduire, entraînant une variation de la capacité. variation de la capacité.

Caractéristiques métrologiquesCaractéristiques métrologiques E.M = jusqu'à 5 cmE.M = jusqu'à 5 cm linéarité correctelinéarité correcte

ClassificationClassification 1. Condensateur a surface variable1. Condensateur a surface variable

1.1 Condensateur unique1.1 Condensateur unique 1.2 Condensateur double différentiel1.2 Condensateur double différentiel

2. Condensateur a écartement variable2. Condensateur a écartement variable 2 .1 Condensateur unique 2 .1 Condensateur unique 2 .2 Condensateur double différentiel2 .2 Condensateur double différentiel

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Capteurs capacitifsCapteurs capacitifsCondensateur a surface variable - Condensateur unique

Il s’agit habituellement soit d’un condensateur plan avec armature tournante soit d’un condensateur cylindrique dont une armature est translatable le long de l’axe. Dans les deux cas, la capacité varie linéairement en fonction du déplacement x :

C(x)=K.x

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Capteurs capacitifsCapteurs capacitifsCondensateur a écartement variable - Condensateur double différentiel L’armature mobile est déplacée, perpendiculairement à son plan entre deux armatures fixe armatures fixes A2 et A3. L’intérêt du montage différentiel apparaît évidemment dans l’association des condensateurs C21 et C31.

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Capteurs capacitifsCapteurs capacitifs Avantages :Avantages :

- Les capteurs capacitifs sont remarquables par la simplicité de leur - Les capteurs capacitifs sont remarquables par la simplicité de leur constitution qui permet des réalisations robustes et fiables. constitution qui permet des réalisations robustes et fiables. - Le diélectrique est généralement l’air si bien que les performances ne - Le diélectrique est généralement l’air si bien que les performances ne dépendent que des caractéristiques géométriques et sont indépendantes dépendent que des caractéristiques géométriques et sont indépendantes des propriétés des matériaux utilisés, à condition qu’ils soient bien choisis.des propriétés des matériaux utilisés, à condition qu’ils soient bien choisis.- L’influence de la température qui fait varier la surface et l’écartement - L’influence de la température qui fait varier la surface et l’écartement des armatures peut être rendue indécelable par un choix convenable du des armatures peut être rendue indécelable par un choix convenable du métal des armatures et de l’isolant de leur support.métal des armatures et de l’isolant de leur support.

Inconvénient :Inconvénient :

- Les capteurs capacitifs sont sensibles aux poussières, corrosions, - Les capteurs capacitifs sont sensibles aux poussières, corrosions, humidité, radiations ionisantes.humidité, radiations ionisantes.

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Capteurs optiquesCapteurs optiques

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Capteurs optiquesCapteurs optiques

On envoie donc un faisceau lumineux On envoie donc un faisceau lumineux sur l’objet dont on veut étudier le sur l’objet dont on veut étudier le déplacement, et on le réfléchie sur le déplacement, et on le réfléchie sur le capteur de façon à suivre sa position.capteur de façon à suivre sa position.

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Il s’agit principalement de photodiodes qui fournissent Il s’agit principalement de photodiodes qui fournissent des signaux électriques à partir desquels il est possible des signaux électriques à partir desquels il est possible de déterminer avec précision la position de l’impact de déterminer avec précision la position de l’impact d’un faisceau lumineux.d’un faisceau lumineux.

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Capteurs optiquesCapteurs optiques Les photodiodes :Les photodiodes :

Elles utilisent l’effet de force photo-Elles utilisent l’effet de force photo-éléctromotrice.éléctromotrice.

Par une méthode adéquate, on réalise un Par une méthode adéquate, on réalise un dispositif dispositif semi-conducteur formé d’une jonction semi-conducteur formé d’une jonction dites pndites pn . .

Quand la jonction pn est exposée à la lumière, Quand la jonction pn est exposée à la lumière, de nombreuses paires d’électrons trous sont de nombreuses paires d’électrons trous sont générées, et une force électromotrice est générées, et une force électromotrice est produite entre les électrodes.produite entre les électrodes.

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Capteurs optiquesCapteurs optiques Les photodiodes : schémaLes photodiodes : schéma

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Pour augmenter le rendement du dispositif, une couche anti-réfléchissante est déposée sur la surface .

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Capteurs optiquesCapteurs optiques Cellule à quadrants :Cellule à quadrants :

Le dispositif comprend quatre photodiodes ayant une Le dispositif comprend quatre photodiodes ayant une cathode commune mais dont les anodes sont cathode commune mais dont les anodes sont indépendantes, chacune recouvrant la surface d’un indépendantes, chacune recouvrant la surface d’un quadrant.quadrant.

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Capteurs optiquesCapteurs optiques Cellule à quadrants :Cellule à quadrants :

L’interception d’un faisceau lumineux par la cellule L’interception d’un faisceau lumineux par la cellule détermine sur chacun des quadrants des surfaces détermine sur chacun des quadrants des surfaces éclairées Séclairées SAA, S, SBB, S, SCC, S, SDD et le courant délivré par chacune et le courant délivré par chacune

des diodes est proportionnel à la surface éclairéedes diodes est proportionnel à la surface éclairée On vérifie immédiatement que le positionnement d’un On vérifie immédiatement que le positionnement d’un

faisceau donné est déterminé uniquement :faisceau donné est déterminé uniquement : selon l’axe des x par la valeur des aires Sselon l’axe des x par la valeur des aires SAA + S + SDD ou S ou SBB + S + SCC

c’est-à-dire par les courants Ic’est-à-dire par les courants IAA + I + IDD ou I ou IBB + I + ICC

selon l’axe des y par la valeur des aires Sselon l’axe des y par la valeur des aires SAA + S + SBB ou S ou SCC + S + SDD c’est-à-dire par les courants Ic’est-à-dire par les courants IAA + I + IBB ou I ou ICC + I + IDD

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Capteurs optiquesCapteurs optiques Avantages :Avantages :

Très bonne résolution, jusqu’à 0.01 Très bonne résolution, jusqu’à 0.01 m.m. Sans contact direct avec la pièce.Sans contact direct avec la pièce.

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Inconvénients :Inconvénients : L’efficacité dépend de la réflectivité du L’efficacité dépend de la réflectivité du

matériau ciblé. Si celle ci n’est pas assez matériau ciblé. Si celle ci n’est pas assez bonne il faut alors placer un miroir sur le bonne il faut alors placer un miroir sur le matériau.matériau.

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ApplicationApplication

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Instrumentation d’un banc de traction

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Instrumentation du bancInstrumentation du banc

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Avant :

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Après :

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Le capteur :Sortie analogique

E.M. : 30 – 50 mm

Résolution : 0.01 mm

Température de fonctionnement : 0- 50 °C

Alimentation : 12 – 28 VDC

Prix estimé : environ 1000 €

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Sortie du capteur : Sortie du capteur : 4 – 20 mA4 – 20 mA

Entrée de la carte d’acquisition :Entrée de la carte d’acquisition :0 – 10 V0 – 10 V

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On passe de : On passe de :

4 – 20 mA à 0,4 – 2 V avec une résistance4 – 20 mA à 0,4 – 2 V avec une résistance 0,4 – 2 V à 0 – 1,6 V avec un soustracteur0,4 – 2 V à 0 – 1,6 V avec un soustracteur 0 – 1,6 V à 0 – 10 V avec un amplificateur0 – 1,6 V à 0 – 10 V avec un amplificateur

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Au final :

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Problèmes rencontrésProblèmes rencontrés

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Source de tension continu -> Source de tension continu -> Alimentation standard +/- 15 VAlimentation standard +/- 15 V Insertion de résistanceInsertion de résistance Ajout de LED pour vérificationAjout de LED pour vérification

Identification des câbles de sortie Identification des câbles de sortie du capteurdu capteur

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Big-CI : Plantages récurrentsBig-CI : Plantages récurrents Pertes de temps à sauvegarder ou Pertes de temps à sauvegarder ou

redémarrerredémarrer Disponibilité de HHDisponibilité de HH

On l’a tapé !!!On l’a tapé !!!

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ConclusionConclusion

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ConclusionConclusion

Application du cours de capteursApplication du cours de capteurs Utilisation de LabView et Big-CIUtilisation de LabView et Big-CI Découverte des différents capteursDécouverte des différents capteurs Lecture de documentation sur les Lecture de documentation sur les

capteurs et des spécifications de la capteurs et des spécifications de la carte d’acquisitioncarte d’acquisition

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