Baptiste Ivaldi-Brunel

Baptiste Ivaldi-Brunel
Yoann Le Fur
Bertrand Joly
Thomas Horel
ESTIA 2008
Groupe 3
Projet génie électronique :
Circuit d’interface d’un gyromètre
Circuit d’interface d’un gyromètre
Projet génie électrique
Introduction
Nous allons concevoir un circuit générant une tension analogique proportionnelle à
une vitesse de rotation.
L’objectif est d’avoir un signal issu d’un capteur permettant d’obtenir une amplitude
de 5V pour une variation de +/- 2rad/s.
Pour pouvoir exploiter ce signal, il sera nécessaire de le conditionner en rejetant les
différentes sources de bruit.
We will design a circuit generating an analogical tension proportional at a number of
revolutions.
The objective is to have a signal resulting from a sensor in the aim of obtaining
amplitude of 5V for a variation of +/- 2rad/s.
To be able to exploit this signal, it will be necessary to condition it by rejecting the
various sources of noise.
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Circuit d’interface d’un gyromètre
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Cahier des charges du circuit d’interface
Vitesse de
rotation
FS1
FC2
Circuit
d’interface du
gyromètre
Signal de
sortie
FC1
Bruit
Fonction de service :
FS1 : Générer une tension analogique de sortie proportionnelle à une vitesse de
rotation d’entrée.
Fonction de contraintes :

FC1 : Rejeter les différentes sources de bruit.

FC2 : Obtenir un signal d’amplitude 5V en sortie pour une variation de +/2rad.s-1.
Solution technique à la fonction de service FS1 :
Utiliser un capteur gyromètre piézoélectrique.
Solution technique à la fonction de contrainte FC1 :
Utiliser des filtres pour supprimer les composantes du signal du au bruit.
Solution technique à la contrainte FC2 :
Utiliser un diviseur de tension pour obtenir les valeurs souhaitées.
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Circuit d’interface d’un gyromètre
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Conception du circuit d’interface
Etude et choix du gyromètre
Le gyromètre est un capteur de vitesse angulaire piézoélectrique qui emploie le
phénomène de la force de Coriolis, qui est produite quand une vitesse angulaire de
rotation est appliquée au vibrateur. Celui-ci délivre une tension de sortie avec une
amplitude proportionnelle à la vitesse de rotation appliquée.
On utilise ici un gyromètre fabriqué par Gyrostar ayant les caractéristiques
suivantes :
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Circuit d’interface d’un gyromètre
Projet génie électrique
Etude et choix des filtres

Pour réduire l'effet de dérive de la température (due à la variation de
température ambiante), un filtre passe-haut doit être relié à la sortie du
capteur pour éliminer la composante du signal de sortie.

Pour supprimer la composante de bruit parasite autour de 22-25kHz
(fréquence de résonance du capteur), un filtre passe-bas ayant une fréquence
de coupure plus élevée que la fréquence exigée de réponse doit être aussi
relié à la sortie du gyromètre.
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Circuit d’interface d’un gyromètre
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Calcul de dimensionnement des composants :
Vout
C1
V+
VR3
R1
R2
Vref
C2
V1
C3
On cherche maintenant à dimensionner R1, R2, R3, C1, C2 et C3 pour que les
conditions imposées par le sujet soient respectées.
Selon les documents constructeur la vitesse maximale du gyroscope est de +/-300°/s
soit 5.23 rad/s (5,23 = (300*2*pi)/360).
La tension maximum correspondant à cette valeur de vitesse maximum est donc de
1.551V (0.3*0.67+1.35 = 0.201+1.35=1.551).
On veut donc obtenir une variation de 5V pour +/– 2rad/s soit dans le cas maximum,
pour une variation de +/- 5.23 rad/s on aura une variation de 13.075V (13.075 =
5.23*5/2).
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Circuit d’interface d’un gyromètre
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D’où les calculs suivants :
AO idéal V+ = V- et i+ = i- =0
V+ = (Vout*j*C1*w+Vref/R1)/ (j*C1*w+1/R1) = (Vout*j*C1*R1*w+Vref)/ (1+j*C1*R1*w)
Z = (R3/ (j*C2*w))/ (R3+1/ (j*C2*w)) = R3/ (1+j*R3*C2*w)
V- = (V1/Z+Vref/R2)/ (1/Z+1/R2)
V+ = V-  (Vout*j*C1*R1*w+Vref)/ (1+j*C1*R1*w) = (V1*R2+Vref*Z)/ (R2+Z)
[(Vout*j*c1*R1*w+Vref)*(R2+Z)/ (1+j*C1*R1*w)-Vref*Z]*(1/R2) = V1
De plus pour obtenir les valeurs on à rajouter un diviseur de tension en sortie du
système.
V1
V
On obtient donc les valeurs suivantes :
R1=100K, R2=10k, R3=90K, C1=4.7µF, C2=1800pF, C3=4.7µF
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Circuit d’interface d’un gyromètre
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D’où le circuit suivant :
Fréquence de coupure du filtre passe haut : 1/ (2*Pi*R1*C1) = 0.3Hz.
Fréquence de coupure du filtre passe bas : 1/ (2*Pi*R3*C2) = 1kHz.
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Circuit d’interface d’un gyromètre
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Simulation sous DXP
On réalise la simulation sous DXP afin de vérifier les paramétrages.
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Circuit d’interface d’un gyromètre
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On utilise un générateur de tension sinusoïdale afin de modéliser le comportement
de la tension en sortie du gyroscope.
La forme de la courbe de sortie est conforme aux résultats attendus. Il est en
revanche nécessaire de noter la présence d’un décalage de phase si l’on veut
connaitre la vitesse de rotation du gyromètre à un instant T.
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Conclusion
L’utilisation d’un capteur gyromètre piézoélectrique nous a permis de générer une
tension analogique, proportionnelle a la vitesse de rotation, calibrée grâce à des
filtres passe haut et passe bas.
Ce système s’utilise en modélisme aéronautique (ex : drone,….), ou, plus
généralement, comme capteur de vitesse et/ou d’accélération dans des systèmes
quelconques.
Lors de ce projet nous avons rencontré différents problèmes :
-la simulation sous DXP n’a pas fonctionné ce qui a engendré un retard
notable sur le planning que nous nous étions fixé.
-le dimensionnement des composants.
-la réalisation du montage réel.
La utilización de un captador girómetro piezoeléctrico nos permitió generar una
tensión analógica, proporcional a la velocidad de rotación, calibrada gracias a filtros
pasa arriba y pasa parte baja.
Este sistema se utiliza en modelismo aeronaútica (p.ej.: abejón....), o, más
generalmente, como captador de velocidad y/o de aceleración en sistemas
cualesquiera.
En este proyecto encontramos distintos problemas:
- la simulación bajo DXP no funcionó lo que generó un notable retraso sobre
la planificación que nos habíamos fijado.
- la dimensión de los componentes.
- la realización del montaje real.
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