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SOMMAIRE
Capteurs analogiques
Les capteurs analogiques servent à transformer une grandeur physique en une autre de type variation d'impédance , de capacité ou d'inductance.
 forme des différents signaux analogiques
 Exemples de signaux analogiques et numériques
Un signal est dit analogique si l’amplitude de la grandeur physique qu’il représente peut prendre une infinité de valeurs dans un intervalle donné. Ainsi, on peut dire que la tension de secteur sinusoïdale (220VAC) est un signal de type analogique .
- signal continu : c’est un signal qui varie « lentement » dans le temps et qu’on retrouve en sortie d’une sonde de température, de pression ou encore d’une photo résistance.
- temporel : c’est la forme de ce signal au cours du temps. C’est aussi la trace du signal sur l’écran d’un oscilloscope.
- fréquentiel : c’est le spectre fréquentiel qui transporte l’information désirée : analyse vocale, sonar, spectrographie.
Parmi les capteurs qui permettent de lire des grandeurs de ce type, on trouve deux grandes familles : les capteurs passifs et actifs.
Capteurs passifs
Les capteurs passifs sont très répandus car ils s’insèrent directement à la place d’un autre composant, il suffit de voir la simplicité des montages qui permettent d’allumer ou d’éteindre automatiquement des lumières extérieures en fonction de la luminosité ambiante. Il s’agit là en général d’une photo résistance en série avec une autre résistance dont on mesure la tension entre ses deux éléments pour la comparer avec une autre tension de référence.
L’impédance est souvent utilisée en paramètre de variation car c’est la plus simple à mettre en œuvre. En effet, faire varier une résistance ne présente pas de difficultés particulières et il est encore moins difficile de faire une mesure de tension à ses bornes. En ce qui concerne l’inductance et la capacité, leur mise en œuvre est plus complexe car on ne mesure plus en « continu » mais en temporel . La variation d’impédance résulte soit d’une variation de la forme du capteur due à une pression mécanique extérieure comme par exemple dans les balances de chimie où c’est la déformation d’un fil résistif collé à une plaque isolante qui fait varier la forme du fil et qui agit ainsi sur sa résistance, soit par une variation de la grandeur mesurée comme c’est le cas dans les potentiomètres.
Le tableau suivant donne la grandeur de sortie en fonction de l'effet utilisé et de la grandeur mesurée
| Grandeur physique à mesurer
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Effet utilisé
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Grandeur de sortie
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| Température
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Thermoélectricité
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Tension
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Pyroélectricité
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Charge
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| Flux de rayonnement optique
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Photo-émission
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Courant
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Effet photovoltaïque
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Tension
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| Effet photo-électrique
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Tension
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| Force
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Piézo-électricité
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Charge
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| Pression
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| Accélération
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Induction électromagnétique
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Tension
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| vitesse
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| Position (aimant)
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Effet Hall
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Tension
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| courant
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Capteurs actifs
les capteurs actifs utilisent une propriété qui leur permet de convertir une grandeur physique en une tension propre à cette grandeur par leur propriété.
Les principes de conversion les plus classiques sont:
- effet thermoélectrique : un circuit formé de deux conducteurs de nature chimique différente dont les jonctions sont à des températures T1 et T2, est le siège d’une force électromotrice.
- effet piézoélectrique : l’application d’une contrainte mécanique (pression par exemple)à certains matériaux tels que le quartz entraîne l’apparition d’une déformation et d’une même charge électrique de signe différent sur les faces opposées et donc l’apparition d’une tension électrique.
- effet d’induction électromagnétique : la variation du flux d’induction dans une bobine induit une tension électrique a ses bornes : c’est le principe des génératrices ou des dynamos.
- effet photo-électrique : la libération de charges électriques dans la matière sous l’influence d’un rayonnement lumineux ou plus généralement d’une onde électromagnétique dont la longueur d’onde est inférieur à un seuil caractéristique du matériau. Autrement dit, quand on éclaire un matériau donné, on obtient une force électromotrice.
- effet hall : un champ magnétique traversant un matériau crée un champ électrique dans une direction perpendiculaire au champ magnétique. C’est le même principe que le phénomène d’induction électromagnétique mais généralisé à tous types de conducteurs.
- effet photovoltaïque : des électrons et des trous sont libérés au voisinage d’une jonction PN illuminée, leur déplacement modifie la tension à ses bornes .
Le tableau suivant donne la technologie du capteur en fonction de la grandeur à mesurer et de la grandeur de sortie :
| Grandeur mesurée
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Caractéristique électrique sensible
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Type de matériaux utilisé
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| Température
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Résistivité
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Métaux : platine, nickel, cuivre ...
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| Très basse température
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Constante diélectrique
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Verre
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| Flux de rayonnement optique
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Résistivité
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Semi-conducteur
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| Déformation
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Résistivité
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Alliage de Nickel, silicium dopé
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| Perméabilité magnétique
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Alliage ferromagnétique
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| Position (aimant)
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Résistivité
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Matériaux magnéto résistants : bismuth, antimoine d'indium
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| Humidité
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Résistivité
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Chlorure de lithium
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Quelques capteurs et leur technologie
Tous les capteurs ne sont pas constitués de la même façon. Ainsi, pour mesurer une accélération, on utilisera un capteur constitué de fines languettes de quelques micromètres d’épaisseur, libres à l’une de leur extrémité. Lorsque ces languettes sont soumises à une accélération, elles se plient légèrement : cette déformation peut être mesurée par effet piezo-resistif ou piezo-capacitif. Pour mesurer un débit, on pourra utiliser un capteur utilisant la méthode du fil chaud. Plus le débit de gaz ou du liquide et fort, plus le fil chauffant sera refroidi. Pour ce faire, on utilise une languette de silicium dont la résistance augmente quand la température baisse. Ils sont assez fiables puisque pour un débit allant de 2 à 30 m/s, on obtient une précision de l’ordre de 3%. Pour capter un rayonnement et en particulier l’infrarouge, on utilisera des lames de silicium revêtues d’un matériau absorbant qui chauffent sous l’action du rayonnement. Il en résulte une variation de la résistance
Exemple de montage intégrant des capteurs analogiques
schema d'un capteur de luminosité :
Sur ce schéma, quand la luminosité baisse, la tension sur l’entrée « - » diminue et la sortie bascule. Les capteurs analogiques ne peuvent pas être utilisés partout car leur sortie varie selon des fonctions mathématiques. Or certain montages ont besoin de savoir si un appareil est en marche ou non ou de connaître la position d’un bras de robot par exemple. Pour ce faire, on se tournera vers les capteurs logiques.
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