BTS Systèmes Photoniques Analyse et Mise en Œuvre d un Système SP1-MOS MISE EN ŒUVRE D UNE CELLULE «P.S.D.»
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- Solange Pageau
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1 BTS Systèmes Photonques Analyse et Mse en Œuvre d un Système SP1-MOS MISE EN ŒUVRE D UNE CELLULE «P.S.D.» Cellule PSD Mleu = orgne des postons x Centre du spot 1 2 L Table de translaton motorsée BTS SP1 SP1-TPmos psd-ressource.docx Page 1 sur 8
2 1. Cellule PSD : Mse en stuaton On trouve les cellules PSD dans les capteurs de poston. Le prncpe d un tel capteur est schématsé à drote : un capteur Buller envoe un spot laser vertcal sur la pèce à mesurer. Ce spot laser est en parte dffusé sur la pèce à mesurer. L mpact de ce spot devent source lumneuse et est focalsé sur la cellule PSD. Un changement de hauteur de la pèce mesurée ndut un déplacement du spot lumneux sur la PSD ce qu va modfer les courants 1 et 2 (vor PSD) On va se servr d une cellule PSD pour asservr la poston d un spot laser. 2. Prncpe de la cellule PSD Une cellule PSD (Poston Senstve Detector) est un capteur permettant de délvrer sous forme de courants deux nformatons : - La poston du spot lumneux qu l éclare - L ntensté de ce spot C est en fat une photodode de grande surface réalsée avec une structure PIN (temps de réponse très court et melleure lnéarté qu une structure PN). On l utlse donc en nverse avec une tenson de polarsaton (montage photodétecteur). Vp Vp Cellule PSD Mleu = orgne des postons x Centre du spot Lumère ncdente L 1 Polarsaton Lors de l éclarement de la cellule, les photons ncdents donnent nassance à des pares électron/trou qu vont générer du courant. La couche nterne présentant une résstvté homogène, les ntenstés des courants 1 et 2 vont dépendre de la poston du spot (prncpe du pont dvseur de courant), mas auss de son ntensté lumneuse. Ans sur la fgure c-dessus, le courant 2 sera plus ntense que le courant 1, la dstance entre le spot et l électrode 2 étant plus courte donc mons résstve que la dstance entre le spot et l électrode 1. La poston du spot est lée aux courants par la relaton L 2 x BTS SP1 SP1-TPmos psd-ressource.docx Page 2 sur 8
3 La PSD est concurrencée par le capteur CCD lnéare qu peut remplr le même rôle. Voc un comparatf rapde des deux : Proprété PSD CCD Ordre de 50 8 prx Rapdté Rapde: 10 µs Plus lent du fat du tratement logcel nécessare Résoluton La sorte étant analogque, la résoluton ne dépend que de l électronque de tratement qu la dégrade. Ordre après tratement : µm Type de Analogque (nécessté CAN) numérque sorte Mesure Barycentre de l éclarement Max de l éclarement pour obtenr l nformaton 1 ms Généralement 11 bts pour toute la longueur sot 2048 valeurs possbles sur quelques mm. Mas le tratement numérque permet d amélorer la résoluton en nterpolant la poston réelle à partr des mesures de chaque pxel. Ordre après tratement : µm La dernère lgne du tableau ndque que la PSD donne la poston du barycentre, ce qu peut amener une erreur de mesure en cas de lumère paraste, par exemple s l y a eu dffuson sur un matérau granuleux. Le capteur CCD n a pas cet nconvénent. En pratque, malgré les avantages du PSD, on utlse davantage le capteur CCD 6 fos mons cher, et dont la résoluton attent celle de la PSD après tratement nformatque. Il exste également des PSD 2D à 4 électrodes permettant de stuer le sgnal en x et en y. 3. Montage d'adaptaton des courants La courbe de sensblté spectrale est donnée en fn de dosser ressource pour la PSD S Pour trouver x, on peut sot fare un tratement entèrement électronque, sot mesurer les courants avec un ordnateur et effectuer le calcul de poston. Dans ce cas, l faut convertr les courants en tensons et écrre un programme qu réalse le calcul de X. On appelle Xpsd la valeur de x obtenue par le calcul applquant la formule donnée dans le paragraphe prncpe. On appelle Xréel l abscsse lue sur le tambour mcrométrque. BTS SP1 SP1-TPmos psd-ressource.docx Page 3 sur 8
4 Pour mettre en œuvre la PSD on utlse le montage dont le schéma est donné c-dessous. : C 0 R 0 R 2 1 R 1 Vp=3V Cellule PSD C 0 R 0 u 1 u 1 R 2 2 R 1 Convertsseur Courant/tenson u 2 Amplfcateur nverseur u 2 Les courants ssus de la cellule PSD sont converts en tensons et fltrés par le premer amplfcateur, la résstance R 0 =2,2 k et le condensateur C 0 =100nF. Les premères tensons obtenues sont ensute amplfées et nversées dans le rapport -R 2 /R 1. Sur la maquette donnée, R 2 est nterchangeable pour adapter le gan de l'étage amplfcateur nverseur (R 1 =10k ). L'mplantaton des dfférents éléments est représentée c-contre. PSD borners de fxaton de R2 Sortes U1 et U2 4. Montage de mesure Vs de fxaton M6 Almentaton +15/-15 Monter la cellule sur une table de translaton (axe X parallèle au déplacement). Eclarer la cellule par un laser 1 mw. On suppose que la pussance lumneuse est entèrement reçue sur la surface sensble. En lsant les courants 1 et 2, on peut calculer la poston du spot sur le détecteur. Laser P.S.D Translaton motorsée 5. Explotaton nformatque: L explotaton de l nformaton de poston est réalsée par un ordnateur mun d une carte d acquston.6009 Le moteur est commandé par les sortes logques de la carte d'acquston (horloge SL1, sens SL0) par l ntermédare d une carte nterface de pussance. Les tensons u 1 et u 2 mages de 1 et 2 sont lues par deux entrées analogques (EA0 et EA1) et la poston est détermnée en fasant le calcul exposé en 2. BTS SP1 SP1-TPmos psd-ressource.docx Page 4 sur 8
5 6. Raccordement électrques : ALIM -15V 0 +15V PC USB U2 EA0 Laser Lumère Carte PSD U1 EA1 Carte 6009 Translaton Table de translaton Rotaton Moteur Pas à Pas SL1 Horloge Parte Commande SL0 Sens Interface Moteur Pas à Pas Parte Pussance 0V 5V 0V 12V Alm BTS SP1 SP1-TPmos psd-ressource.docx Page 5 sur 8
6 7. Utlsaton du programme de mesure Régler la course et le nombre de mesures Lancer la mesure automatque Déplacement pour centrer le spot Centrage automatque du spot Enregstrer la table pour l exploter sous Calc Tableau des mesures Graphe de U1 et U2 en foncton de X Tracé de Xcalculé en foncton de Xréel 8. Caractérstque de la table de translaton BTS SP1 SP1-TPmos psd-ressource.docx Page 6 sur 8
7 9. Caractérstque de la PSD BTS SP1 SP1-TPmos psd-ressource.docx Page 7 sur 8
8 BTS SP1 SP1-TPmos psd-ressource.docx Page 8 sur 8
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