Tp Effet Doppler. Montage final

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1 Tp Effet Doppler Materiel Latis-pro + boitier acquisition (ici sysam sp5) Photorésistance Rph=1kΩ (avec son «cache») Résistance R=2.2kΩ Alimentation continue 12V (du boitier Sysam) Laser 1mW (650nm) Emetteur récepteur ultrason Mobile en carton (boite vide par exemple) Montage final

2 Organisation de la séquence MANIP PROF N 1 Uniquement le récepteur et l émetteur ultrason FIXES On observe en MODE DIFFERENTIEL sur la voie EA0-4 (fenêtre 1) : u_emise et sur la voie EA1-5 (fenetre 2) : u_recue Questionnement élève pour préparer l acquisition : émetteur et recepteur ultrason : fréquence??? si reponse 20kHz, leur faire déterminer la période T du signal et dire qu on souhaite observer 10 periodes au moins soit donc ici 10T = 500 s au moins on va prendre durée totale = 1ms choix de Te ( Nb de points) imposé au depart par le prof : (10000 points Te = 100ns) Zoom sur le signal recu Chaque point rose correspond à un échantillon, échantillon qui est pris toutes les 100ns.

3 Récupération de la fréquence : Feuille de calcul + fonction «Frequence(y)» pour obtenir la fréquence du signal y(t) finalement on remarque que Fe = Fr =38.395kHz et donc T = 26 s On remarque que : F = 0 quand emetteur et recepteur fixes F > 0 quand emetteur s approche et recepteur fixe F < 0 quand emetteur s éloigne et recepteur fixe F dépend de la vitesse v MANIP PROF N 2 : capteur de vitesse Uniquement la photorésistance, une resistance Un multimètre Une alimentation continue 12-0V Laser Questionnement élève pour préparer le montage capteur de vitesse : à partir des divers éléments proposer un principe de capteur de vitesse Ils vont normalement proposer un système qui va couper le faisceau laser, et la mesure de la durée de «coupe» du laser Utilisation d un capteur de «luminosité» : la photorésistance Faire une mesure à l ohmmètre que la résistance R photorésistance varie avec la luminosité (on peut juste cacher la photorésistance avec le doigt!) L acquisition via latis pro nécessite une tension variant avec la luminosité, quel montage faut-il faire? La plupart du temps les élèves propose le montage suivant : E= 12V R Ph U Rph Placer un voltmètre aux bornes de la photorésistance : la tension ne varie pas en fonction de la luminosité car imposé par l alimentation, c est l intensité du courant qui traverse le circuit qui varie avec la luminosité!!!

4 Montages proposés ensuite R OU R ph E= 12V E= 12V R Ph U Rph R U R Montage 1 Montage 2 Placer un voltmètre aux bornes de la photorésistance (ou aux borne de l autre résistance ) : la tension varie en fonction de la luminosité Le choix de la valeur de R sera du même ordre de grandeur que R Ph lorsqu elle est éclairée par le laser Au lieu de prendre le voltmètre on utilise l acquisition de latis pro : EA2-5 Voici ce qu on obtient : U R = u capteur utilisation ici du montage 2

5 comment faire pour récupérer la vitesse? (faire un passage avec par exemple l émetteur qui passe devant le faisceau laser On a v = d/ t, on connait d (ici l emetteur mesure 3cm), il faut d après l acquisition mesurer t2 et t1 tq t = t2 t1 Il faut donc réussir à récupérer t2 et t1 DECLENCHEMENT On obtient t1 = 0 si l acquisition se déclenche sur un front descendant de u capteur pour un seuil de 7,5V FEUILLE DE CALCULS On obtient t2 grâce à la fonction «seuil» de Latis Pro : Seuil (u capteur ; 7,5 ; 1) Cette fonction peut donner une courbe de plusieurs points : on prend le Max : t2 //declenchement sur front descendant t1=0 X=Seuil(u capteur;7;1) t2=max(x) Δt=t2-t1 v=30e-3/δt

6 MANIP ELEVE N 1 Uniquement le recepteur et l emetteur ultrason FIXES On observe en MODE DIFFERENTIEL sur la voie EA0-4 (fenêtre 1) : u_emise et sur la voie EA1-5 (fenetre 2) : u_recue Feuille de calcul et fonction fréquence Fe=Frequence(u emis) Fr=Frequence(u recu) ΔF=Fr-Fe Affichage des fréquences Fe, Fr et F On vérifie que F = 0 quand emetteur et recepteur fixes F > 0 quand emetteur s approche et recepteur fixe F < 0 quand emetteur s éloigne et recepteur fixe F dépend de la vitesse v MANIP ELEVE N 2 Chaque élève va faire le montage du capteur de vitesse (montage 1 ou 2) et observer la tension en EA2-5 qu on renommera en u capteur On mesure sans declenchement u capteu r quand Laser au centre de la photorésistance : u laser = On mesure sans declenchement u capteu r quand le faisceau laser est coupé : u lasercoupé = On lance un déclenchement sur une durée de 3s, et on coupe le laser dans cet intervalle de temps (on refait cela plusieurs fois) : cela va permettre de décider du seuil de déclenchement de l acquisition et sur quel front, vérification du fonctionnement sur plusieurs mesures pour avoir une approche de la durée t qu on recherche et donc d affiner la durée totale d acquisition Utilisation de la fonction seuil pour déterminer t2 Utilisation de l afficheur pour faire apparaître t2 et t (Attention aux unités)

7 MANIP ELEVE N 3 On va faire plusieurs mesures et on crée dans un tableur 2 nouvelles variables F_mes et v_mes (attention aux unités et au signe v_mes = v si on s approche!!!) Remarque : on peut faire une fonction si pour avoir un affichage correct v1=30e-3/δt v=si(δf>0 ; v1 ; -v1) Faire plusieurs manipulations ( 10 environs) et reporter dans le tableur les mesures de fmes= F et vmes = v MANIP ELEVE N 4 : application le radar Cette fois-ci l émetteur et le recepteur sont fixes, l un a côté de l autre. Et c est le véhicule en face d eux qui s approche ou s éloigne à une certaine vitesse Lorsque le véhicule est fixe, pas d écart de fréquence entre Fe et Fr Lorsqu il est en mouvement on mesure un F et on en déduit d après la courbe précédente qui a été modélisée, la vitesse du véhicule. On peut vérifier à l aide de notre capteur la vitesse (attention : il faut peut-être modifier la distance d (largeur du véhicule) Vvehicule = F/102,1 en m/s (cf modelisation courbe précédente) Ici le véhicule s éloigne du radar

8 Remarque MANIP PROF N 1 : Que se passe-t-il si on augmente la durée entre 2 échantillons c'est-à-dire qu on diminue la fréquence d échantillonnage f? En zoomant comme précédemment La sinusoïde est moins précise quand on relie les points mais on retrouve la même fréquence

9 On diminue encore : Mais alors là modification de la fréquence mesurée!! Dans une division (100 s) il y a, a peu près, 4 sinusoïdes or on ne preleve ici que 2 points donc la mesure est faussée car pas assez de prélèvements Il faut au moins 2 prélèvements dans une période : c est la condition de Shannon pour bien échantillonné un signal, soit ici il faudrait au moins 1 prélèvement tous les 13 s pour bien récupérer la fréquence du signal!!