Conditionnement. Capteurs et mise en forme du signal. Électronique pour le Traitement de l'information.

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1 Conditionnement PRAG / IOGS / LEnsE Année

2 Plan Mesure de température Capteur passif - sonde PT100 Capteur actif LM35 Capteur numérique LM74 Mesure de luminosité Photodiode Transmission par la lumière Capteur de vitesse Capteurs intelligents 1

3 Exemple d'application 1 / Mesure de température Sonde PT100 Capteur passif Résistance variant en fonction de la température RT / R0 = 1 + A.T + B.T2 Avec R0 = 100 A = e-3 / B =-5.775e-7 (pour T > 0) Pour 200 C ecart de 1.3 % 2

4 Exemple d'application 1 / Mesure de température Sonde PT100 Capteur passif Résistance variant en fonction de la température RT / R0 = 1 + A.T + B.T2 2b Avec R0 = 100 A = e-3 / B =-5.775e-7 (pour T > 0) Comment mesurer une variation de résistance?

5 Exemple d'application 1 / Mesure de température Sonde PT100 Montage 1 : montage potentiométrique VCC R R RT RT VCC 3 VS = VCC. RT / (R + RT) VS Mesure de la résistance RT Relation non linéaire Sensible aux variations de la source

6 Exemple d'application 1 / Mesure de température Sonde PT100 Montage 2 : montage en pont (type Wheatstone) VCC R R VS = VCC. R / 4.R VS R RT Pour un courant de 1mA Sensibilité 0,4 mv/ C Pour un courant de 5mA Sensibilité 2 mv/ C 4 Mesure de la variation de résistance RT Relation quasi-linéaire (car R non linéaire en fonction de T) Insensible aux variations de la source Nécessité d'un ampli différentiel / d'instrumentation

7 Exemple d'application 1 / Mesure de température Thermistance 4 Résistance variant en fonction de la température Relation de Steinhart-Hart : 1/T = A + B ln(rt) + C ( ln(rt))3 CTN (coefficient négatif) ou CTP (coefficient positif) Wikipedia / Thermistance

8 Exemple d'application 1 / Mesure de température Thermistance Montage 3 : miroir de courant VCC I1 I2 RC RE 4 VS = VCC RT. I2 RT RE VS Mesure de la résistance RT Relation non linéaire (car R non linéaire en fonction de T)

9 Fonctionnement d'un transistor Transistor bipolaire Amplificateur de courant : IC = IB avec gain en courant Type NPN ou PNP (selon le sens du courant) IC Collecteur Base IB Emetteur Caractéristiques importantes 4 VBE MIN VCE MAX ICMAX PTMAX Fréquence de commutation maximale

10 Fonctionnement d'un transistor Transistor bipolaire Amplificateur de courant : IC = IB avec gain en courant Deux modes de fonctionnement Commutation Amplification en courant des sorties numériques Adaptation d'amplitude entre systèmes Amplification 4 Classe A Gain en tension : Av = -. RC / Re Point de repos : IC = E / 2.RC et VCE = E / 2 Classe B Gain en tension : AV 1 Point de repos : IC = 0 et VCE = E

11 Fonctionnement d'un transistor Transistor à effet de champ Commande d'un courant par une tension : ID = g VGS Canal N ou canal P (selon le sens du courant) ID Drain Grille Source Caractéristiques importantes 4 VGS MAX IDMAX PTMAX Fréquence de commutation maximale

12 Fonctionnement d'un transistor Transistor à effet de champ Commande d'un courant par une tension : ID = g VGS Deux modes de fonctionnement 4 Commutation Amplification en courant des sorties numériques Classe D / PWM Amplification

13 Fonctionnement d'un transistor 4 Elément de base des amplificateurs LM741

14 Fonctionnement d'un transistor Elément de base des amplificateurs opérationnels + +VCC -VCC Etage sortie Etage différentiel 4 Amplificateur de tension LM741

15 Fonctionnement d'un transistor 4 Elément de base des systèmes numériques Electrosome.com

16 Exemple d'application 1 / Mesure de température Capteur LM35 5 Capteur actif Tension de sortie variant en fonction de T

17 Exemple d'application 1 / Mesure de température Capteur LM35 5b Capteur actif Tension de sortie variant en fonction de T Comment modifier la sensibilité? Comment détecter un seuil?

18 Exemple d'application 1 / Mesure de température Capteur LM35 Montage amplificateur non-inverseur 6 Augmenter la sensibilité : utilisation d'un montage amplificateur (ALI) R2 Ampli Linéaire Intégré réel : Impédance d'entrée Ze > 1M Gain en tension : AV0 > Impédance de sortie : 100 < ZS < 5k + Tension d'offset : V0 < 1 mv Vitesse de balayage : 0.5 V/µs < dvs/dt < 5000 V/µs Produit gain bande passante constant R1 VE +VCC -VCC Choix d'un ALI en fonction du (des) défaut(s) que l'on veut minimiser VS

19 Exemple d'application 1 / Mesure de température Capteur LM35 Détecter un seuil : utilisation d'un comparateur ALI en mode comparateur VS = +VCC lorsque V+ > V- VS = -VCC lorsque V+ < V- +VCC R2 + R1 VE -VCC VS -VCC V- = VCC. (R1 - R2) / (R1 + R2) 7

20 Exemple d'application 1 / Mesure de température Capteur LM35 Comparateur à fenêtre 8 Détecter un seuil : utilisation d'un comparateur Pour avoir deux niveaux de détection

21 Exemple d'application 1 / Mesure de température Capteur LM35 Comparateur à fenêtre 8 Détecter un seuil : utilisation d'un comparateur Pour avoir deux niveaux de détection Comment déclencher une alarme? Comment envoyer un message à distance?

22 Exemple d'application 1 / Mesure de température Capteur LM35 Déclencher une alarme 9 Détecter un seuil : utilisation d'un comparateur Nécessité d'un oscillateur : LM555 ou NE555

23 Exemple d'application 1 / Mesure de température Capteur LM35 Détecter un seuil : utilisation d'un comparateur Déclencher une alarme Nécessité d'un oscillateur : LM555 ou NE555 Frequence oscillation Rapport cyclique 10

24 Exemple d'application 1 / Mesure de température Capteur LM35 Détecter un seuil : utilisation d'un comparateur Déclencher une alarme Nécessité d'un oscillateur : LM555 ou NE555 Frequence oscillation Iout max = 200 ma Rapport cyclique 10

25 Exemple d'application 1 / Mesure de température Capteur de température LM35 (Texas Instruments) LM74 (Texas Instruments) Analogique 1.80 Numérique

26 Exemple d'application 1 / Mesure de température Capteur de température LM35 (Texas Instruments) 12 LM74 (Texas Instruments) Analogique Numérique

27 Exemple d'application 1 / Mesure de température Liaison SPI 13 Serial Peripheral Interface Liaison série synchrone bidirectionnelle

28 Exemple d'application 2 / Mesure de luminosité Photodiode Iphoto = S.. photo Sensibilité spectrale Rendement quantique Circuits de conditionnement Transimpédance +5V Rt PhD Sensibilité du système de détection Iphoto 14 RPhD VphD = RphD. S.. photo IPhD + +VCC -VCC Flux lumineux

29 Exemple d'application 2 / Mesure de luminosité Transmission par la lumière Rt RLED LED IPhD VCC -VCC Transmission analogique (type AM) Emission : Signal sinusoïdal autour d'une valeur moyenne non nulle Réception : Signal sinusoïdal autour d'une valeur moyenne non nulle

30 Exemple d'application 3 / Capteur de vitesse rotatif Fourche optique 16 Disque perforé passant devant un faisceau optique Comment mesurer une fréquence? Quel est l'intérêt d'avoir deux faisceaux? Et deux sorties? Interface-z.fr

31 Exemple d'application 3 / Capteur de vitesse rotatif Fourche optique 17 Disque perforé passant devant un faisceau optique Convertisseur fréquence / tension Détection d'enveloppe Utilisation d'un timer Système numérique rapide Astuces-pratiques.fr

32 Capteurs intelligents De plus en plus présents Smart Sensor : Combinaison d'un capteur, d'un circuit de mise en forme, d'un ADC et d'une interface numérique (bus de terrain) Intelligent Sensor : Ajout de fonctions intelligentes : auto-test, identification, auto-adaptation... International Frequency Sensor Association FREESCALE INTRODUCES INTELLIGENT SENSOR FOR CAR BATTERY MONITORING /11 18

33 Capteurs intelligents 19 Suivi d'activités sismiques / Math Welsh Harvard University

34 Capteurs intelligents / Autour d'un phototransistor Exemple 1 Diode IR / Phototransistor Capteur CNY70 (Vishay) Capteur GP2Y0A21YK0F (Sharp) Capteur photoréfléchissant Capteur de distance

35 Capteurs intelligents / Autour d'un phototransistor Exemple 1 Diode IR / Phototransistor Capteur CNY70 (Vishay) 21 Capteur GP2Y0A21YK0F (Sharp) Capteur photoréfléchissant Capteur de distance

36 Capteurs intelligents / Autour d'un phototransistor Exemple 1 Diode IR / Phototransistor Capteur GP2Y0A21YK0F (Sharp) Capteur GP2Y0D02YK0F (Sharp) Capteur de distance Capteur de distance numérique

37 Capteurs intelligents / Autour d'un phototransistor Exemple 1 Diode IR / Phototransistor Capteur GP2Y0A21YK0F (Sharp) Capteur GP2Y0D02YK0F (Sharp) Capteur de distance Capteur de distance numérique

38 Capteurs intelligents / Température Exemple 2 Capteur de température LM35 (Texas Instruments) LM74 (Texas Instruments) Analogique 1.80 Numérique

39 Capteurs intelligents / Température Exemple 2 Capteur de température LM35 (Texas Instruments) 25 LM74 (Texas Instruments) Analogique Numérique

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