Les capteurs

• Définition
• Les différentes types de capteurs
• Capteurs de position mécaniques
• Capteur inductif
• Capteur capacitif
• Capteur optique
  • Codeur indrémental
  • Codeur absolu
  • Capteur barrage
  • Capteur reflex
  • Capteur de proximité
  • Capteur à effacement de l’arrière-plane
• Capteur ultra-son
• les capteurs MEMS
  • les accelerometres
  • les gyroscopes
• Critéres de choix

Les capteurs font partis de la chaîne d’acquisition de données.
Ils sont aussi nécessaires à la sécurité des personnes.
C’est l’un des maillons important de l’automatisation d’un process. Un capteur doit détecter une grandeur physique, et transformer les variations de cette grandeur en grandeur électrique exploitable.

Un capteur peut être classé suivant la nature du signal qu’il délivre, il existe 3 catégories :

• Capteur logique (détecteur):

Ce sont les capteurs les plus répandus en automatisation courante:

• Capteur contacts mécanique
• détecteurs de proximité
• détecteur de distance
Le signal ne présente que 2 niveaux (ou 2 états).
Ces capteurs sont de type : Tout Ou Rien(TOR).
On parle de détecteur.
• Capteur analogique :

Les capteurs analogiques traduisent des valeurs:

• de position
• de température

Le signal prend la forme d'une tension ou d'un courant évoluant continûment entre 2 valeurs limites.
• Capteur numérique (codeur):

Ces capteurs transmettent des valeurs numériques précisant des positions,des pressions, etc...
Les valeurs peuvent être lus sur 8, 12, ou 32 bits. Le développement de ces capteurs permet sur seulement 2 à 3 fils de transmette plusieurs informations. Exemple de données transmissible d'un capteur de capacitif IFM KQ6004:

• Nom du fabriquant
• Nom du produit
• Type du detecteur
• Valeur du signal
• ...

Principe de fonctionnement:
C'est un commutateur, commandé par le déplacement d'un organe de commande (corps d'épreuve).
Lorsqu'il est actionné, il ouvre ou ferme un contact électrique solidaire du corps d'épreuve.

Un condensateur constitue la face sensible du détecteur.
Lorsqu’on place un objet à proximité, il modifie la capacité du détecteur, ce qui provoque un signal analogue à un contact NO ou NC.
Le détecteur capacitif permet la détection des objets isolants, liquides, poudre, bois, carton…

Le détecteur inductif comporte un bobinage.
Ce bobinage parcouru par un courant, crée un champ magnétique.
Le passage d’un objet métallique perturbe le circuit électrique qui génère un signal de sortie. Il apparaît des courants induits entre autre.
Le détecteur inductif permet la détection des objets métalliques, ferreux.

Codeur indrémental

La lumière émise par une diode électroluminescente passe à travers un disque en rotation solidaire de l’axe du moteur comportant des marques fixes transparentes ou opaques.
Le signal délivré se présente alors comme une succession d’impulsions (en fait un signal carré), dont la périodicité est représentative de la vitesse.





Le déphasage de 90° électrique des signaux A et B permet de déterminer le sens de rotation:
• dans un sens pendant le front montant du signal B, le signal A est à 1.
• dans l'autre sens pendant le front montant du signal B, le signal A est à 0



La résolution


Trois cas peuvent se présenter.
Le système de traitement n’utilise que les fronts montants de la voie A :
• La résolution est égale au nombre de points.
Le système de traitement utilise les fronts montants et descendants de la voie A :
• La résolution est multipliée par 2 !
Le système de traitement utilise les voies A et B :
• La résolution est multipliée par 4




Codeur absolu

Capteur barrage

Une diode électroluminescente émet un rayon lumineux, visible ou infrarouge.
Un rayon lumineux reçu par un phototransistor est amplifié pour alimenter un relais.



Lorsque le relais n’est plus alimenté, cela entraîne l’action sur un contact NO ou NC.

Capteur reflex

Emetteur et récepteur sont regroupés dans un même boîtier. En l'absence de cible, le faisceau émis en infrarouge par l'émetteur est renvoyé sur le récepteur par un réflecteur.
La détection est réalisée lorsque la cible bloque le faisceau entre l'émetteur et le réflecteur. C'est donc un système qui n'est pas adapté pour la détection d'objets réfléchissants qui pourraient renvoyer une quantité plus ou moins importante de la lumière sur le récepteur.
La portée nominale d'un détecteur photoélectrique reflex est de l'ordre de deux à trois fois inférieure à celle d'un système barrage.





Capteur de proximité

Comme pour le système reflex, émetteur et récepteur sont regroupés dans un même boîtier.
Le faisceau lumineux, émis en infrarouge, est renvoyé vers le récepteur par tout objet suffisamment réfléchissant qui pénètre dans la zone de détection.
La portée d'un système proximité est inférieure à celle d'un système reflex. Pour cette raison, son utilisation en environnement pollué est déconseillée.



Cette portée dépend :

• de la couleur de la cible et de son pouvoir réfléchissant (un objet de couleur claire est détecté à une distance plus grande qu'un objet de couleur sombre)
• des dimensions de la cible (la portée diminue avec les dimensions).


Les portées nominales annoncées sont définies à l'aide d'un écran blanc de dimensions 20x20 cm.
Les détecteurs proximité sont souvent équipés d'un potentiomètre de réglage de la sensibilité.
Pour une distance donnée cible/émetteur, la détection d'une cible moins réfléchissante nécessite d'augmenter la sensibilité.
Ceci peut entraîner une détection de l'arrière-plan si celui-ci est plus réfléchissant que la cible.
L'emploi d'un système proximité avec effacement de l'arrière-plan assure dans ce cas la détection de la cible seule.


Capteur à effacement de l’arrière-plane

Les détecteurs proximité avec effacement de l'arrière-plan sont équipés d'un potentiomètre de réglage de portée qui permet de se "focaliser" sur une zone de détection en évitant la détection de l'arrière-plan.
Ils peuvent détecter pratiquement à la même distance des objets de couleurs et de réflectivités différentes.
La tolérance de fonctionnement d'un système proximité avec effacement de l'arrière-plan dans un environnement pollué est supérieure à celle d'un système standard, la portée réelle n'évoluant pas en fonction de la quantité de lumière renvoyée par la cible.

les accelerometres

les gyroscopes