Constituants de la chaîne fonctionnelle Capteurs : généralités, détecteurs et codeurs

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1 Constituants de la chaîne fonctionnelle Capteurs : généralités, détecteurs et codeurs Objectifs : décrire le fonctionnement, les avantages/inconvénients et les domaines d utilisation des différents capteurs.

2 1. Généralités sur les capteurs Ls capteurs recueillent une information physique sur le comportement de la P.O. ou sur son environnement et la transforment en une information exploitable par la P.C.

3 1. Généralités sur les capteurs Exemples de grandeurs physiques à contrôler : force position vitesse pression température luminosité Pour cela on va mesurer par exemple une : variation de résistance, variation d induction magnétique, variation capacitive, variation de fréquence

4 1. Généralités sur les capteurs Les capteurs recueillent une information physique sur le comportement de la P.O. ou sur son environnement et la transforment en une information exploitable par la P.C.

5 1. Généralités sur les capteurs 1.1 Structure d un capteur corps d épreuve : élément mécanique qui réagit à la grandeur physique à mesurer support phénolique

6 1. Généralités sur les capteurs 1.1 Structure d un capteur transducteur : élément lié au corps d épreuve qui traduit la réaction reçue en un signal électrique fil conducteur disposé en zigzag

7 1. Généralités sur les capteurs 1.1 Structure d un capteur Pont de Wheatstone conditionneur : circuit électronique qui traite le signal électrique pour délivrer un signal de sortie ayant des caractéristiques spécifiées (tension, intensité, fréquence )

8 1. Généralités sur les capteurs 1.2 Classification des capteurs selon la nature du signal de sortie Capteurs logiques une sortie de type logique TOR détecteurs donner l information «présence» ou «proximité» d un objet

9 1. Généralités sur les capteurs 1.2 Classification des capteurs selon la nature du signal de sortie Capteurs analogiques ± 50 mv à ± 10 V 0 à 20 ma une sortie de type analogique une tension ou un courant variant de manière continue potentiomètre de position, jauge de déformation, thermocouple nécessitent un convertisseur analogique / numérique pour être exploitables par les API ou micro-ordinateurs des systèmes logiques

10 1. Généralités sur les capteurs 1.2 Classification des capteurs selon la nature du signal de sortie Capteurs numériques une sortie de type numérique un train d impulsions ou un code binaire les valeurs et fréquences sont l image de la grandeur d entrée les capteurs de positions angulaires incrémentaux, les codeurs absolus, les lecteurs de code à barres

11 1. Généralités sur les capteurs Etendue des mesures 1.3 Caractéristiques d un capteur différence entre les valeurs maximale et minimale perceptibles par le capteur de la grandeur à mesurer. Résolution plus petite variation de la grandeur à mesurer que le capteur peut déceler. Sensibilité variation du signal de sortie pour une variation de la grandeur d entrée ; cette caractéristique correspond à la dérivée de la fonction de transfert S = f(e).

12 1. Généralités sur les capteurs 1.3 Caractéristiques d un capteur Précision aptitude d un capteur à donner des indications proches de la valeur vraie de la grandeur à mesurer ; cette caractéristique tient compte des erreurs de justesse (indication valable) et de fidélité (répétitivité), Rapidité temps de réponse de la grandeur de sortie suite à une variation de la grandeur à mesurer ; cette caractéristique définit la bande passante du capteur, elle est essentielle dans le contrôle des systèmes dynamiques.

13 2. Les détecteurs de position ou de proximité 2.1 Détecteur de position Les capteurs de position sont des capteurs à contact. information de type tout ou rien et peut être électrique ou pneumatique Ils peuvent être équipé d'un galet, d'une tige souple ou d'une bille.

14 2. Les détecteurs de position ou de proximité 2.1 Détecteur de position Avantages détection de tout objet possible, fiabilité élevée. Inconvénients contact nécessaire avec l objet, encombrement.

15 2. Les détecteurs de position ou de proximité 2.2 Détecteur de proximité inductif Principe : variation d un champ magnétique généré par le capteur lors de l approche du corps à détecter. Le capteur émet un champ magnétique qui est perturbé lorsqu un objet métallique se présente

16 2. Les détecteurs de position ou de proximité 2.2 Détecteur de proximité inductif Avantages pas de contact direct, très bonne tenue à l environnement. Inconvénients détection des objets métalliques uniquement, portée de détection limitée (< 50 mm). Domaines d utilisation Mécanique, robotique, manutention, conditionnement.

17 2. Les détecteurs de position ou de proximité 2.3 Détecteur de proximité capacitif Principe : variation d un champ électrique généré par le capteur. Le capteur émet un champ électrique oscillateur grâce à des condensateurs. Lorsqu il y a un objet, le champ électrique est perturbé.

18 2. Les détecteurs de position ou de proximité 2.3 Détecteur de proximité capacitif Avantages détection de tout objet et matière possible, pas de contact direct, Domaines d utilisation très bonne tenue à l environnement. détection des plastiques, Inconvénients portée de détection limitée (< 50 mm). contrôle de remplissage du liquide dans des flacons.

19 2. Les détecteurs de position ou de proximité 2.4 Interrupteur à lame souple ILS Principe : boîtier à l'intérieur duquel est placé un contact électrique métallique souple sensible aux champs magnétiques. Lorsque l objet magnétique (un aimant) est à proximité de la face sensible du capteur le contact se ferme.

20 2. Les détecteurs de position ou de proximité 2.4 Interrupteur à lame souple ILS Avantage encombrement réduit, simplicité. Inconvénient détection des objets magnétiques Dans le labo??

21 2. Les détecteurs de position ou de proximité 2.5 Détecteur de proximité photoélectrique Principe : détection d'une cible, qui peut être un objet ou une personne, au moyen d'un faisceau lumineux. Les détecteurs photoélectriques se composent essentiellement d'un émetteur de lumière associé à un récepteur photosensible. La variation du flux lumineux reçu par le récepteur provoque le changement d'état de la sortie.

22 Remarque : application au lecteur de code à barres Les lecteurs de code à barres sont pourvus d'un capteur à réflexion infrarouge. Le code barre est composé de bandes réfléchissantes de largeurs différentes, représentant les données, et de bandes sombres de séparation.

23 3 Les capteurs linéaires et rotatifs mesure d une position 3.1 Les capteurs potentiométriques ou potentiomètres linéaire angulaire L R 0 x 0 R( x) Curseur entraîné en translation ( ) R 0 R x L Piste métallique de connexion au curseur x R R( ) La tension recueillie est directement proportionnelle à la résistance du circuit entre le curseur et l une des extrémités de la piste, ellemême proportionnelle Contacts Piste à la distance entre ces deux points. C A glissants résistive B 0 x.r + (1-x).R = R 0 x 1 A C B

24 3 Les capteurs linéaires et rotatifs mesure d une position 3.1 Les capteurs potentiométriques ou potentiomètres Avantages - simplicité d exploitation du signal électrique en sortie, - résolution élevée, - coûts réduits. Inconvénients - bruit dans le signal de sortie du au frottement du curseur sur la piste, - usure due au frottement entre le curseur et la piste, ce qui limite la durée de vie

25 Petit calcul de vérification La course maximale théorique de chaque vérin est de 140 mm. Données issue du Dossier Ressources Calculer la course théorique du potentiomètre

26 3 Les capteurs linéaires et rotatifs mesure d une position 3.2 Les codeurs rotatifs Les codeurs rotatifs sont des capteurs de position angulaire. Le disque du codeur est solidaire de l'arbre tournant du système à contrôler. 2 types de codeurs rotatifs : les codeurs incrémentaux, les codeurs absolus. Top zéro Voie A Voie B

27 3.2 Les codeurs rotatifs Le codeur absolu

28 3.2 Les codeurs rotatifs Le codeur absolu Le disque d un codeur absolu possède un grand nombre de pistes et chaque piste est munie d'une diode émettrice d'un faisceau lumineux et d'une diode photosensible. La résolution angulaire est donnée par le nombre de pistes. pour n pistes, elle est de 360 / 2 n

29 3.2 Les codeurs rotatifs Le codeur absolu Codeur codé en binaire naturel Codeur codé en binaire réfléchi (ou code Gray) 3 4 B1 1 0 B2 1 0 B3 0 1 B B1 0 0 B2 1 1 B3 0 1 B4 0 0

30 3.2 Les codeurs rotatifs Le codeur absolu Avantages position connue en cas de coupure réseau, fiable (cas du codeur en code Gray) Inconvénients conception coûteuse pour une grande résolution. nombre élevé de pistes

31 T/4 3.2 Les codeurs rotatifs Le codeur incrémental A B t t Top zéro Voie A Voie B Z T t Pour connaître le déplacement angulaire, on compte le nombre d impulsions et on le multiplie par le pas. Pour connaître la vitesse angulaire, on compte pendant un temps imparti le nombre d impulsions que l on multiple par le pas et que l on divise par le temps. Lors d une panne électrique ou d une initialisation, l information de position est perdue. Il faut effectuer une initialisation du système. Pour augmenter la précision on peut détecter les fronts montants et descendants du signal et ainsi doubler la précision du capteur.

32 3.2 Les codeurs rotatifs Le codeur incrémental Avantages conception simple (2 à 3 pistes maxi), fiable et économique. Inconvénients Top zéro Voie A Voie B nécessite un système de traitement rapide (qq MHz) pour les grandes vitesses de rotation, position perdue en cas de coupure réseau qui nécessite une procédure d initialisation de type détection Top zéro.

33 Application robot jockey Doc. constructeur

34 Précision sur la position angulaire de la baguette et poignet? On utilise les infos sur et pour le codeur axe B On utilise les infos sur uniquement pour le codeur axe C

35 4 Mesure d une vitesse de rotation 4.1 Génératrice tachymétrique Une génératrice tachymétrique est en fait un moteur utilisé en générateur. La vitesse de rotation va être transformée en tension.