Les CAPTEURS - Académie de Nancy-Metz

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Les CAPTEURS
3CI2-A4
3CI2: Recherche de solutions techniques
1) Définition de « capteur » ((G BERTHOME – Lycée Mireille GRENET - COMPIEGNE ))
Un capteur permet de convertir une grandeur physique en un signal électrique.
Ceci permettra un traitement du signal électrique par des structures électroniques à des
fins de mesures et/ou de commandes.
Grâce à des lois élémentaires sur la physique le capteur prélève une information physique
(température, luminosité, humidité, débit, présence d’objet,…) et produit un signal
électrique.
Les caractéristiques de ce signal électrique (courant, tension, niveaux logiques,
valeur moyenne, fréquence, amplitude, nombre binaire,…) dépendront directement de la
grandeur physique à capter.
2) Les familles de capteurs
Il existe 3 grandes familles de capteurs :
-les capteurs Tout Ou Rien (TOR),
-les capteurs analogiques,
-les capteurs numériques.
2.1 Le capteur Tout Ou Rien (TOR)
Ce type de capteur permet de détecter un événement ou un objet lié au
fonctionnement du système technique.
Le signal électrique en sortie de ce capteur est de type logique (signal acceptant 2
niveaux : niveau logique 0 (NL0) ou niveau logique 1 (NL1)).
2.2 Le capteur analogique
Une variation de la grandeur physique d’entrée du capteur produit une variation de la
caractéristique électrique du capteur (courant, tension, fréquence, valeur moyenne,
rapport
cyclique,…).
Pour une valeur différente de la grandeur physique y, il existe une valeur de la
caractéristique du signal électrique.
2.3 Le capteur numérique
Ce type de capteur produit un nombre binaire N (combinaison de signaux logiques :
voir synthèse code et numération) qui dépend directement de la grandeur physique à
capter.
SL1 : signal logique 1 ; N : nombre binaire de n bits (n signaux logiques).
Son avantage est que l’on peut directement le connecter à un microcontrôleur qui
pourra exploiter le nombre N. Il n’y a pas de mise en forme analogique et/ou
logicielle.
Son inconvénient est qu’en sortie plusieurs fils sont disponibles (en fonction du
nombre de bits du nombre binaire N), donc le nombre d’entrées du microcontrôleur
devra être
important.Plus n (nombre de bits de N) est grand et plus la précision sera
importante.
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3) Les infrarouges :
Image infrarouge de longueur d'onde moyenne d'un petit
chien en fausse couleur
Le rayonnement infrarouge (IR) est un rayonnement
électromagnétique d'une longueur d'onde supérieure
à celle de la lumière visible mais plus courte que celle des micro-ondes. L’IR est un
rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde (La longueur d'onde d'une onde
électromagnétique périodique est la distance que parcourt la lumière dans le vide pendant le
temps qui sépare deux crêtes successives de cette onde électromagnétique. Les infrarouges
sont souvent subdivisés en IR proches (0,7-5 µm), IR moyens (5-30 µm) et IR lointains (301 000 µm).
4) Le son
Le son est une onde produite par la vibration mécanique d'un support fluide ou solide et
propagée grâce à l'élasticité du milieu environnant sous forme d'ondes longitudinales. Par
extension physiologique, le son désigne la sensation auditive à laquelle cette vibration est
susceptible de donner naissance. La fréquence d'un son est exprimée en hertz (Hz). À une
fréquence faible correspond un son grave, à une fréquence élevée un son aigu. En acoustique
la pression sonore et l'intensité se mesurent en décibels (dB).
L'acquisition
Pour le traitement numérique du son (traitement sur un ordinateur), il faut procéder à une
conversion analogique - numérique, ce qu'on appelle son acquisition. Cette opération consiste
à transformer les variations de pression du son, en une suite de nombres que les moyens
informatiques pourront traiter. On appelle cette transformation l'échantillonnage du signal. Un
microphone convertit les variations de pressions de l'air en signaux électriques, relié à un
convertisseur analogique-numérique (CAN ou ADC en anglais, pour Analog to Digital
Converter) qui va numériser ce signal à pas régulier (le transformer en une suite de nombres).
Ce travail est à présent réalisé par les cartes son des ordinateurs personnels.
5) La lumière visible
La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'oeil humain, c'est-àdire comprises dans des longueurs d'onde de 380 nm (violet) à 780 nm (rouge). La lumière est
intimement liée à la notion de couleur. C'est Isaac Newton qui propose pour la première fois
au XVIIe siècle un cercle des couleurs chromatiques1 fondé sur la décomposition de la lumière
blanche. Elle peut se mesurer en lux.
Outre la lumière visible, par extension, on appelle parfois « lumière » d'autres ondes
électromagnétiques, telles que celles situées dans les domaines infrarouge et ultraviolet.
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