Capteur
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Capteurs intelligents

Les dernières années du XXe siècle ont vu apparaître le concept de capteurs intelligents.

En plus de leur faculté de mesurer une grandeur physique, ils possèdent d'autres fonctionnalités dont voici une liste non-exhaustive :

  • fonctions configurables de traitement du signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe sous forme d'objets ayant des formes particulières. Les signaux lumineux sont employés depuis la nuit des temps par les...) (filtre, gains…)
  • fonctions d'auto-test et d'auto-contrôle
  • étalonnage automatique (L'automatique fait partie des sciences de l'ingénieur. Cette discipline traite de la modélisation, de l'analyse, de la commande et, de la régulation des systèmes dynamiques. Elle...)
  • sortie sur des bus de terrain (Terme employé dans l'industrie pour qualifier des systèmes d'interconnexion d'appareils de mesure, de capteurs, d'actionneurs, … Les bus de terrain les plus courants sont :)

Caractéristiques des capteurs

On caractérise un capteur selon plusieurs critères dont les plus courants sont :

  • la grandeur physique (Une grandeur physique est un ensemble d'unités de mesure, de variables, d'ordres de grandeur et de méthodes de mesure (qui sont l'objet de la métrologie) lié à un...) observée
  • son étendue de mesure
  • sa sensibilité
  • sa précision
  • sa linéarité
  • son temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) de réponse
  • sa bande passante (La bande passante (angl. bandwidth) est un intervalle de fréquences pour lesquelles la réponse d'un appareil est supérieure à un minimum. Elle est généralement confondue avec la largeur de bande passante...)
  • sa résolution
  • son hystérésis (Soit une grandeur cause notée C produisant une grandeur effet notée E. On dit qu'il y a hystéresis lorsque la courbe E = f(C) obtenue à la croissance de C ne se superpose pas avec la courbe E = f(C)...)
  • sa gamme de température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée...) d'utilisation

Remarques : Pour utiliser un capteur (Un capteur est un dispositif transformant l'état d'une grandeur physique observée en une grandeur utilisable exemple : une tension électrique, une hauteur de mercure, une intensité, la déviation d'une aiguille. On...) dans les meilleures conditions, il est souvent utile de pratiquer un étalonnage et de connaître les incertitudes de mesures relatives à celui-ci.

Exemples de capteurs

Distance

  • inductif
    • variation de reluctance
    • courants de Foucault (On appelle courants de Foucault les courants électriques créés dans une masse conductrice, soit par la variation au cours du temps d'un champ magnétique extérieur traversant ce milieu (le flux du champ à travers le...)
  • capacitif
  • optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.)
    • confocal chromatique
    • triangulation (En géométrie et trigonométrie, la triangulation est une technique permettant de déterminer la position d'un point en mesurant les angles entre ce point et d'autres points de...)
    • réflexion
    • ombroscopie, diascopie
    • épiscope
    • temps de vol-LIDAR
    • stéréovision
    • défocalisation
  • ultrason
  • micro-onde (Les micro-ondes sont des ondes électromagnétiques de longueur d'onde intermédiaire entre l'infrarouge et les ondes de radiodiffusion. Le terme de micro-onde provient du fait que ces ondes ont une longueur d'onde plus courte celles de la...)

Lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La lumière est intimement liée à la...)

  • photodiode (Une photodiode est un composant semi-conducteur ayant la capacité de détecter un rayonnement du domaine optique et de le transformer en signal électrique.) ou phototransistor
  • capteur photographique (Un capteur photographique est un composant électronique servant à convertir un rayonnement (UV, visible ou IR) composé de photons en un signal...)
  • cellule photoélectrique

Sons

  • microphone (Un microphone (ou plus simplement « micro ») est un dispositif de conversion des ondes sonores acoustiques d'un milieu compressible en impulsions électriques. C'est donc un...)
  • micro pour instruments
  • hydrophone (Un hydrophone est un transducteur électroacoustique destiné à transformer, dans les liquides, des oscillations acoustiques en oscillations électriques.)

Capteur de Température

  • pyromètre
  • thermomètre (Un thermomètre est un appareil qui sert à mesurer et à afficher la valeur des températures. C'est le domaine d'étude de la thermométrie.), sonde (Une sonde spatiale est un vaisseau non habité envoyé par l'Homme pour explorer de plus près des objets du système solaire et, pour certaines, l'espace qui est...) PT100
  • thermocouple (En physique, les thermocouples sont utilisés pour la mesure de températures. Ils sont bon marché et permettent la mesure dans une grande gamme de températures. Leur principal défaut est...)
  • thermistance

Pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.)

  • tube de Bourdon
  • capsule anéroïde
  • piézo-électrique
  • corde vibrante
  • baromètre (Le baromètre est un instrument de mesure, utilisé en physique et en météorologie, qui sert à mesurer la pression atmosphérique. Il peut, de façon secondaire, servir d'altimètre pour...)
  • hypsomètre

Débit (Un débit permet de mesurer le flux d'une quantité relative à une unité de temps au travers d'une surface quelconque.)

  • débitmètre à turbine (Une turbine est un dispositif rotatif destiné à utiliser la force d'un fluide (eau, vapeur, air, gaz de combustion), dont le couple est transmis au moyen d'un arbre.)
  • roues (La roue est un organe ou pièce mécanique de forme circulaire tournant autour d'un axe passant par son centre.) ovales
  • plaque à orifice
  • tube de Pitot
  • débitmètre à effet vortex
  • débitmètre électromagnétique
  • débitmètre à Venturi (Venturi est un constructeur automobile français spécialisé dans la commercialisation de voitures sportives de luxe. La marque, fût créée en 1984 par deux anciens...)
  • débitmètre à ultrasons
  • débitmètre ionique
  • débitmètre massique

Courant

  • Capteur de courant à effet Hall (L'effet Hall classique a été découvert en 1879 par Edwin Herbert Hall : un courant électrique traversant un matériau baignant dans un champ magnétique engendre une tension...)
  • Shunt

Niveau

  • à pression différentielle
  • à sonde capacitive
  • à tube de torsion (La torsion est la déformation subie par un corps soumis à l'action de deux couples opposés agissant dans des plans parallèles.)
  • à flotteur
  • à rayon gamma (Les rayons gamma, symbolisés par la lettre grecque γ, sont une forme de rayonnement électromagnétique de haute énergie produits par la désintégration γ ou d'autre...)
  • à ultrasons
  • par radar (Le radar est un système qui utilise les ondes radio pour détecter et déterminer la distance et/ou la vitesse d'objets tels que les avions, bateaux, ou encore la pluie. Un émetteur envoie des ondes radio, qui sont...)

Capteurs de position

La traduction directement numérique (Une information numérique (en anglais « digital ») est une information ayant été quantifiée et échantillonnée, par opposition à une...) de la position d'un axe tournant est un atout majeur dans les systèmes qui travaillent avec des signaux numérisés.Elle permet un gain de temps (car pas de conditionnement du signal analogique (Le concept d'analogique est utilisé par opposition à celui de numérique.) et économie d'une conversion analogique en numérique) et surtout de précision. Le codeur rotatif (Les codeurs rotatifs sont un type de capteurs permettant de délivrer une information d'angle, en mesurant la rotation effectuée autour d'un axe.) est un capteur de position angulaire lié mécaniquement à l'axe de rotation du système sur lequel on travaille.

Principe de fonctionnement :

  • entrainement d'un disque (Le mot disque est employé, aussi bien en géométrie que dans la vie courante, pour désigner une forme ronde et régulière, à l'image d'un palet — discus en latin.) qui comporte une succession de parties opaques et de fenêtres transparentes.

Ces parties déterminent les deux niveaux logiques, la lumière émise par des diodes électroluminescentes ou des diodes laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique) amplifiée par émission stimulée. Le terme laser provient de l'acronyme anglo-américain...) est focalisée au travers de chaque piste sur un phototransistor lui faisant face.

  • L'interface (Une interface est une zone, réelle ou virtuelle qui sépare deux éléments. L’interface désigne ainsi ce que chaque élément a besoin de connaître de l’autre pour pouvoir...) électronique, incluse dans le codeur, traite le signal reçu par le phototransistor et le convertit en signal rectangulaire (=signal de sortie du codeur)

Il existe deux types principaux de codeurs de position rotatifs :

  • les codeurs incrémentaux relatifs
  • les codeurs absolus
  • souris (Le terme souris est un nom vernaculaire ambigu qui peut désigner, pour les francophones, avant tout l’espèce commune Mus musculus, connue aussi comme animal de compagnie ou de laboratoire, mais aussi de nombreuses...) (informatique)
  • capteur de proximité
  • codeur
  • détecteur (Un détecteur est un dispositif technique (instrument, substance, matière) qui change d'état en présence de l'élément ou de la situation pour lequel il a été spécifiquement...) de mouvements
  • LVDTs et RVDTs
  • corde vibrante

Contrainte

  • corde vibrante
  • piézo-électrique
  • jauge ( En tant qu'instrument de mesure : Une jauge est un instrument de mesure. On trouve par exemple : La jauge de contrainte, traduisant un effort mécanique en résistance électrique, La jauge Hibernia et la jauge Owen,...) de contrainte (jauge de déformation)
  • plot magnétique

Inertiels

  • accéléromètre (Un accéléromètre est un capteur qui, fixé à un mobile, permet de mesurer l'accélération de ce dernier.)
  • inclinomètre (Un inclinomètre (ou clinomètre) est un instrument servant à mesurer des angles par rapport à la ligne d'horizon (ou horizontale). Là où le niveau...)
  • gyromètre
  • gyroscope (Un gyroscope (du grec « qui regarde la rotation ») est un appareil qui exploite le principe de la conservation du moment angulaire en physique (ou encore stabilité gyroscopique ou effet gyroscopique).)
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