Détecteurs de distance
(136)Les capteurs de distance sont des éléments électroniques qui sont couramment utilisés dans de nombreuses industries. Premièrement dans l'automatisation industrielle et la robotique – mais nous pouvons les rencontrer souvent dans la vie quotidienne. De nombreux appareils et machines par exemple les voitures et les ascenseurs, contiennent des capteurs de distance qui permettent de mettre en œuvre des équipements et des fonctions de sécurité, telles que l'aide au stationnement ou le régulateur de vitesse adaptatif. En conditions industrielles, les capteurs de distance permettent de détecter la position d'un objet sur la ligne de production / de transmission, de positionner l'objet placé dans la machine-outil, de déterminer sa taille, etc. Les constructeurs et les concepteurs sélectionnent le type de composant approprié qui dépend strictement de la fonction des caractéristiques de l'application, de la précision requise, de la vitesse de fonctionnement et du système dans lequel le capteur fonctionnera. Nous allons analyser les paramètres de base des capteurs à considérer lors de la recherche de la bonne solution.
Comment fonctionnent des capteurs de distance – technologie et classification générique
Les capteurs de distance se composent le plus souvent de trois éléments : un contrôleur, un émetteur et un récepteur. Le contrôleur envoie un signal (acoustique, électromagnétique) via un émetteur et puis il « attend » à ce que l'onde rebondisse sur la surface la plus proche et soit enregistrée devant le récepteur. La mesure peut être effectuée de deux manières. (1) En disposant des données comme le temps et la vitesse de l'onde, le contrôleur peut calculer la distance parcourue par le signal, puis envoyer ces informations au dispositif maître. (2) Une autre méthode consiste à enregistrer l’intensité de la lumière réfléchie (plus l'onde de retour est faible, plus la distance enregistrée par le capteur est grande). Le classement de base des capteurs est basé justement sur le type de signal émis.
Capteur de distance laser
La précision et la portée constituent un avantage incontestable des capteurs laser : le faisceau émis est envoyé vers un objet précisément défini, et sa bonne propagation permet de détecter des objets situés à une distance de plusieurs dizaines de mètres. En même temps : l'échantillonnage peut être effectué avec une fréquence de plusieurs centaines de hertz. Dans les projets où le prix de l'élément utilisé n’est pas tellement important, le capteur de distance laser sera généralement la meilleure solution possible.
Capteurs de distance infrarouges et de réflexion
Le nom des capteurs « de réflexion » peut nous tromper parce que, comme nous avons déjà mentionné ci-dessus, la détection de distance est généralement effectuée sur la base d’une réflexion d’un type de signal. Les éléments de ces types utilisent des diodes qui émettent le rayonnement IR (c'est-à-dire infrarouge) et un détecteur, par exemple un phototransistor. En comparant à un faisceau laser le signal est plus faible et plus diffusé. D'une part cela limite la précision de la mesure et la distance maximale – d'autre part, cela permet la construction de capteurs qui détectent des objets présents dans un champ beaucoup plus large (on peut les appeler le « champ de vision du capteur »). Ce type de capteurs est utilisé, entre autres comme des « capteurs de falaise » (ang.cliff sensors) qui permettent à la machine d'éviter la chute – ce qui est utilisé par exemple dans les aspirateurs automatiques. La portée et la précision sont améliorées en utilisant une série d'optocoupleurs (ang. sensor array) dans un seul module. Le circuit équipé de nombreuses sorties, le circuit permet par exemple de détecter des mouvements parallèles au plan du capteur (mesure de vitesse). Il convient de souligner ici que les capteurs de réflexion qui enregistrent l'intensité du signal de retour sont parfaits pour détecter des surfaces sombres absorbant la lumière. Ils sont donc utilisés pour détecter des lignes imprimées ou compter des impulsions dans des codeurs qui contrôlent la vitesse de rotation et la position des axes (capteurs à fente).
Capteur de distance à ultrasons
Les capteurs à ultrasons, contrairement aux photodétecteurs décrits ci-dessus, utilisent la propagation d'ondes acoustiques. Cette solution présente plusieurs avantages. Tout d'abord, le capteur peut détecter des objets en matériaux transparents ainsi que des liquides. Un exemple d'utilisation prosaïque peut être un circuit qui surveille le niveau d'eau dans le réservoir. Puisque l'émetteur piézoélectrique vibre – le nettoyage du capteur en particulier de la poussière et du dépôt constituent un effet secondaire (mais souhaitable) de son fonctionnement. Dans le cas d'un capteur laser, une contamination similaire pourrait entraîner des lectures erronées. Les capteurs à ultrasons sont faciles à mettre en œuvre, ce sont également des produits à prix abordables, de sorte qu’ils sont appréciés par des constructeurs amateurs, notamment dans la construction de robots automoteurs (détection d'obstacles)
Interface du capteur de distance
Le deuxième élément clé lors du choix d'un capteur de distance est le type d'interface. Ils sont évidemment divisés en sorties analogiques ou numériques.
Sortie analogique
Grâce à la sortie analogique (courant ou tension), le système de contrôle (par exemple le microcontrôleur) a un accès direct aux lectures du capteur et peut analyser, corriger, calibrer et compenser la mesure par rapport aux facteurs environnementaux. Il facilite également l'étalonnage logiciel du capteur. De plus, le constructeur peut utiliser le signal analogique pour générer des interruptions, de sorte que le dépassement de la valeur définie entraînera une réaction immédiate du système de contrôle. Nous pouvons le plus souvent trouver l'interface analogique dans les capteurs de réflexion – la sortie peut être, par exemple, un collecteur à phototransistor.
Interface numérique
La résistance au rayonnement électromagnétique et la limitation du nombre de fils nécessaires constituent l'avantage incontestable des interfaces numériques. Dans le cas de l'interface analogique, chaque capteur occupe une ligne du contrôleur (ou multiplexeur, convertisseur A/C). L'utilisation d'une telle méthode de transmission comme, par exemple, I2C permet (théoriquement) de connecter littéralement des centaines de capteurs sur une ligne. Les interfaces numériques sont une solution souhaitable dans les environnements industriels car elles permettent une intégration facile avec les systèmes de contrôle existants.
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