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Lycée technique Mohamed Abid Eljabiri Bouârfa Unité : ATC Fonction : Acquérir Niveau : 2STE Année scolaire : 2016/2017 Les capteurs Prof : FANNAKH Mhamed Page 1 I. Définition : Un capteur est un composant technique qui transforme un événement physique se rapportant au fonctionnement du système (présence d'une pièce, température, pression etc.) à un signal électrique exploitable par la PC de ce système. L’actigramme A-0 d’un capteur est donné par la figure ci-dessous : 1. Nature de l'information fournie par un capteur : Suivant son type, L’information qu’un capteur fournit à la PC peut être :  Logique : L’information ne peut prendre que les valeurs 1 ou 0 ; on parle alors d’un capteur Tout ou Rien (TOR). La caractéristique d’un capteur de présence  Analogique : L’information peut prendre toutes les valeurs possibles entre 2 certaines valeurs limites ; on parle alors d’un capteur analogique. La caractéristique d’un capteur de température  Numérique : L’information fournie par le capteur permet à la PC d’en déduire un nombre binaire sur n bits ; on parle alors d’un capteur numérique. 2. Caractéristiques d’un capteur : Certains paramètres sont communs à tous les capteurs. Ils caractérisent les contraintes de mise en œuvre et permettent le choix d’un capteur :  L'étendue de la mesure : c'est la différence entre le plus petit signal détecté et le plus grand perceptible sans risque de destruction pour le capteur. Acquérir l’information (Détecter une grandeur physique) Grandeur physique Signal électrique Capteur Energie électrique Lycée technique Mohamed Abid Eljabiri Bouârfa Unité : ATC Fonction : Acquérir Niveau : 2STE Année scolaire : 2016/2017 Les capteurs Prof : FANNAKH Mhamed Page 2  La sensibilité : ce paramètre caractérise la capacité du capteur à détecter la plus petite variation de la grandeur à mesurer. C’est le rapport entre la variation V du signal électrique de sortie pour une variation donnée  de la grandeur physique d’entrée : S = V /   La résolution : Plus petite variation de grandeur mesurable par le capteur.  La fidélité : Un capteur est dit fidèle si le signal qu’il délivre en sortie ne varie pas dans le temps pour une série de mesures concernant la même valeur de la grandeur physique  d’entrée. Il caractérise l’Influence du vieillissement.  Le temps de réponse : c'est le temps de réaction d'un capteur entre la variation de la grandeur physique qu'il mesure et l'instant où l'information est prise en compte par la partie commande. II. Capteurs Numériques (codeurs optiques) : Pour contrôler la position et la vitesse de chariots de manutention, de machines d’usinages, de bras de robots, etc … on utilise souvent des codeurs optiques rotatifs, fixés à l’extrémité de l’axe de transmission de mouvement. Un codeur optique rotatif est un capteur angulaire de position. Lié mécaniquement à un arbre qui l’entraîne, son axe fait tourner un disque qui comporte une succession de zones opaques et transparentes. 1. Principe de fonctionnement : Tous les codeurs optiques exploitent des principes de fonctionnement similaires. Ils sont constitués d’un disque comportant des zones opaques et des zones transparentes. Le nombre de ces zones et leur disposition dépendent de la nature du codeur et du type d’information que l’on souhaite obtenir. Des diodes électroluminescentes (LED) émettent une lumière qui peut traverser les zones transparentes. Des phototransistors, situés de l’autre côté du disque en regard des LED, captent cette lumière lorsqu’ils sont face à une ouverture et délivrent un signal électrique, image de la présence de cette ouverture. Lycée technique Mohamed Abid Eljabiri Bouârfa Unité : ATC Fonction : Acquérir Niveau : 2STE Année scolaire : 2016/2017 Les capteurs Prof : FANNAKH Mhamed Page 3 2. Les types de codeurs optiques Il existe deux principaux types de codeurs optiques: Les codeurs incrémentaux qui délivrent une information de déplacement angulaire du disque sous forme d’un train d’impulsions. Les codeurs numériques de position (codeurs absolus), pour lesquels chaque position du disque correspond à une valeur numérique différente identifiable par la fonction traiter. 3. Le codeur incrémental : Les codeurs incrémentaux sont destinés à des applications de positionnement et de contrôle de déplacement d’un mobile par comptage/ décomptage des impulsions qu’ils délivrent. Le disque d’un codeur incrémental comporte deux types de pistes : Piste extérieure (A,B), divisée en intervalles d’angles égaux, alternativement opaques et transparents. C’est le nombre de fenêtres ainsi créées qui détermine la résolution du capteur Piste intérieure (Z: top zéro), qui ne comporte qu’une seule fenêtre et qui délivre qu’un signal par tour du disque. Ce «top zéro» permet de réinitialiser la partie commande et de connaître la position d’origine. Pour un tour complet de l’axe du codeur, la partie commande reçoit autant d’impulsions électriques qu’il y a de fenêtres, dont la durée dépend de la vitesse de rotation du disque. Un codeur incrémental possède trois têtes de lecture: Une tête de lecture est affectée à la piste intérieure et délivre une impulsion par tour, permettant à la commande de compter le nombre d’impulsions reçues. Deux têtes de lecture sont placées sur la piste extérieure. Chaque tête, permet à la partie commande de déterminer l’angle de rotation du disque en comptant le nombre d’impulsions reçues. Les deux têtes sont décalées l’une par rapport à l’autre d’un quart de largeur de fente. Ainsi, les signaux émis sont décalés dans le temps. La partie commande, en détectant quelle voie change d’état en premier peut déterminer le sens de rotation du disque. 4. Le codeur absolu : Le codeur numérique de position est destiné à des applications pour lesquelles on souhaite obtenir l’information de position sans traitement par la partie commande. Il est constitué d’un disque comportant plusieurs pistes concentriques et d’une tête de lecture par piste. Le nombre de piste détermine le nombre de positions différentes qui peuvent être définies à l’intérieur d’un tour de disque. Les codeurs industriels comportent jusqu’à 24 pistes. Lycée technique Mohamed Abid Eljabiri Bouârfa Unité : ATC Fonction : Acquérir Niveau : 2STE Année scolaire : 2016/2017 Les capteurs Prof : FANNAKH Mhamed Page 4 La partie commande reçoit directement un code numérique sur n bits (n étant le nombre de pistes), image de la position du disque à un instant donné. A l’intérieur d’un tour de disque, cette information est donc une information de position absolue (à la différence d’un codeur incrémental qui ne délivre qu’une information de déplacement par rapport à une origine qu’il a fallu définir au préalable) Les pistes du disque sont réalisées en utilisant le code Gray (binaire réfléchi) à la place du binaire pur. L’avantage d’un tel codage est que d’une position à la suivante, un seul bit change d’état. Ainsi, tout changement d’état perçu par la partie commande correspond réellement à un changement de position du disque. 5. Comparaison des deux types de codeurs Codeur incrémental Codeur absolu Avantages • Conception simple, donc plus fiable et moins cher. • Au maximum 5 fils pour un codeur "de base" (+,–, A, B, Z). • Encombrement réduit. • Insensible aux coupures de courant : l’information de position est disponible dès la (re)mise sous tension (d’où le nom d’"absolu"). • Le système de traitement n’a pas besoin d’être très rapide : si une information est sautée, la position réelle n’est pas perdue car elle sera valide à la lecture suivante. Inconvénients • Sensible aux coupures de courant : la position à la coupure est perdue et il faut réinitialiser le système (avec Z). • Sensible aux parasites : un parasite peut être comptabilisé comme une impulsion. • A et B peuvent avoir des fréquences élevées  Le système de traitement doit être assez rapide, sinon il y a erreur • Conception électrique et mécanique plus complexe  plus cher. • Nombre important de fils  peut monopoliser un nombre important d’entrées du système de traitement. Lycée technique Mohamed Abid Eljabiri Bouârfa Unité : ATC Fonction : Acquérir Niveau : 2STE Année scolaire : 2016/2017 Les capteurs Prof : FANNAKH Mhamed Page 5 III. Les capteurs analogiques : 1. Types de grandeur physique On peut classer les grandeurs physiques en 6 familles, chaque capteur s’associant à l’une de ces 6 familles : - Mécanique : déplacement, force, masse, débit etc… - Thermique : température, capacité thermique, flux thermique etc... - Electrique : courant, tension, charge, impédance, diélectrique etc… - Magnétique : champ magnétique, perméabilité, moment magnétique etc… - Radiatif : lumière visible, rayons X, micro-ondes etc... - (Bio) Chimique : humidité, gaz, sucre, hormone etc… 2. Classification des capteurs On classifie les capteurs en deux grandes familles en fonction de la caractéristique électrique de la grandeur de sortie. Cette classification influe sur le conditionneur qui lui est associé. Capteurs passifs Le capteur se comporte en sortie comme un dipôle passif qui peut être résistif, capacitif ou inductif. Grandeur de traduction Transformations possibles Résistance Résistance R : R=f(, L, S).  résistivité, L longueur, S section. Capacité Capacité C : C=f(S, e). S surface des armatures, e distance entre armatures,  permittivité. Inductance Inductance L : L=f(L, S, uploads/S4/ les-capteurs-acquerir-linformation.pdf