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ASSISTANCE AU DEPLACEMENT
1.
Mesure des grandeurs physiques dans un dispositif de transport :
a. Capteurs utilisés dans les transports
Citer quelques exemples de capteurs et de détecteurs utilisés dans un dispositif de transport.
Les capteurs sont omniprésents dans les voitures, les camions, les trains ou les avions. Ils servent à mesurer des grandeurs physiques qui
permettent au conducteur, au pilote ou à l’ordinateur de bord d’être informé sur les valeurs de certains paramètres, afin d’agir de façon
pertinente, souvent dans un souci de sécurité.











Un capteur inductif pour mesurer la vitesse d’une roue ;
Un capteur d’angle de braquage pour mesurer la position des roues ;
Un capteur de vitesse de lacet pour comparer la vitesse de la roue extérieur à la roue intérieur ;
Un capteur d’accélération transversale permet de mesurer la trajectoire réelle du véhicule ;
Un accéléromètre piézoélectrique pour déclencher l‘Airbag ;
Un capteur photoélectrique pour arrêter la fermeture d’un portail automatique ;
Un capteur à effet hall informe le système ABS si la roue se bloque ;
Une jauge à essence pour informer sur le niveau d’essence ;
Capteur de pluie pour mettre en marche les essuies glaces et régler leur vitesse en fonction de l’intensité de la pluie.
Capteur de température du liquide de refroidissement ou du moteur pour détecter les anomalies du moteur ;
Etc.
b.
Principe des capteurs
Transducteur : Dispositif convertissant
un signal physique en un autre
Capteur passif : Le mesurande agit
sur la résistance, l’impédance, la
résistivité, la tension du capteur ou
le courant le traversant.
Conditionneur de capteur :
Transfert l’information sur
L’amplitude du signal ;
La fréquence du signal.
Capteur actif : Il produit une tension
ou une charge électrique sous l’effet
du mesurande.
Effets :
Thermoélectrique ;
Pyroélectrique ;
Piézoélectrique ;
Photoélectrique ;
Photovoltaïque ;
Induction électromagnétique ;
Effet Hall .
Capteur
Un capteur est un dispositif
transformant l'état d'une
grandeur physique
observée en une grandeur
utilisable.
Capteur au sens strict : Elément soumis
à l’action de la grandeur d’entrée
Conditionneur de signal : transforme le signal sous une forme
exploitable, il a pour fonctions :

L’amplification ;

La linéarisation ;

La filtration ;

La transformation en boucle de courant 4-20mA ;

L’isolation électrique.
Convertisseur analogique numérique : C.A.N.
Permet au signal de subir tous les traitements nécessaires à
l’aide d’un calculateur numérique
Le signal traité est alors envoyé :
Sur l’écran d’un appareil de mesure ou au comparateur d’un
régulateur pour commander des actions.
Il est souvent alors converti en analogique avec un C.N.A.
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c.
Grandeurs d’entrées et de sortie des capteurs
Préciser les grandeurs d'entrée et de sortie ainsi que le phénomène physique auquel la grandeur d'entrée est sensible.
Extraire les informations d’un document

Capteurs actifs
Mesurande (ou grandeur
physique d’entrée)
T
Température
F
Effort de traction ou de
compression
v ou 
vitesse linéaire ou angulaire

Flux d’une onde
électromagnétique
∆W ou E
Quantum d’énergie ou flux
d’énergie
B
Champ magnétique

Flux thermique

Capteurs passifs
Mesurande (ou grandeur
physique d’entrée)
T
Température
T
Température

Flux lumineux
∆B
Variation du champ
magnétique
∆F
Effort mécanique et contrainte
sur les matériaux
ps
pression partielle de vapeur
d’eau absolue et relative
L
Déplacement ou niveau
d.
Phénomène ou loi physique
Grandeur de sortie
Effet thermoélectrique ou effet Seebeck
2 matériaux différents soumis à un ∆T
fournissent une tension
Effet piézoélectrique
Un matériau soumis à une force voit
apparaître sur ses faces des charges contraires
Induction électromagnétique (loi de Faraday)
Tension de sortie
Effet photovoltaïque
La lumière arrivant sur une cellule génère une
tension à ses bornes
Effet photoélectrique
La lumière arrivant sur un matériau arrache
des électrons
Effet Hall
Un courant traversant un matériau placé dans
un champ génère une tension perpendiculaire
Effet pyroélectrique
Un matériau soumis à une variation de
température subit une variation de
polarisation et donc de tension.
Grandeur électrique principale
Résistivité 𝛒
Capacité à s’opposer à la circulation du
courant électrique
Permittivité 𝛆
Propriété d’un matériau liée à la polarisabilité
électrique des molécules ou atomes
𝛒
Charge électrique
Tension de sortie
Tension de sortie
Charge électrique
tension
tension
Grandeur de sortie ou grandeur
électrique mesurée
Résistance ou impédance
Impédance
Courant ou tension
𝛒
résistance
𝛒
Résistance
𝛒 ou 𝛆
Résistivité, permittivité ou
impédance
𝛒 ou 𝛆
résistance
Nature du signal de sortie
Distinguer les deux types de grandeurs : analogiques ou numériques.
o
o
La grandeur électrique délivrée en sortie peut-être en relation directe avec la grandeur physique d’entrée (à capter).
Elle peut prendre une infinité de valeur dans un intervalle de temps donné. On dit que le capteur est analogique.
L’information électrique délivrée en sortie est une image de la grandeur physique à mesurer. Elle a un caractère
numérique et ne peut prendre qu’un nombre limité de valeurs distinctes. On dit que le capteur est numérique.
L’information peut être :

un signal tout ou rien (TOR) ;

un signal électrique périodique dont la période T est caractéristique de la grandeur physique à mesurer (à
capter) ;

un signal numérique codé sur n variable binaires.
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2.
Conversion du signal
Mettre en œuvre expérimentalement une chaîne de mesure simple (conditionneur de capteur, conditionneur de signal, numérisation, etc.)
La grandeur physique d’entrée est toujours une grandeur analogique. L’information ainsi recueillie, le signal de sortie du capteur, a
besoin d’être traitée, stockée en mémoire, travaillée pour être utilisée. Ces traitements sont réalisés par des calculateurs numériques.
Aussi en sortie du capteur le signal subit une conversion de nature, il est envoyé à un convertisseur analogique numérique (C.A.N.).
Pour être utilisable le signal traité a besoin d’être analogique aussi est-il transformé par un convertisseur numérique analogique
(C.N.A.).
Principe d’un C.A.N. (pour information)
+ ∞
E1
ue
I0
−
ur
Compteur
&
uc
E2
Horloge
uN
R.A.Z.
ur
ue
La tension ue (t) à convertir est comparée à une rampe de tension ur(t). Cette rampe est
la tension du condensateur qui se charge par le courant I0 tant que l’interrupteur est
ouvert. Tant que ue(t) est supérieure à ur(t) la sortie du comparateur impose un niveau
logique 1 à l’entrée E1 de la porte logique ET. L’horloge envoie des impulsions sur
l’entrée E2, celles-ci sont comptées par le compteur.
Dès que ur(t) atteint la valeur de ue(t), la porte bascule au niveau logique 0, le comptage
s’arrête, l’interrupteur se ferme c’est la remise à zéro (RAZ), ur(t) =0V. A la valeur de la
tension d’entrée on fait correspondre une impulsion uc(t) dont la largeur est
proportionnelle à cette tension ue(t). La valeur uc(t) correspond au contenu N du
compteur.
1
𝑉𝑟é𝑓
𝑞
2𝑛
Tel que N = × 𝑢𝑒 (𝑡) et où q s’appelle le quantum (q =
t0
Comparateur
uc
Compteur
), n= nbr de bits.
Cette opération nécessite d’être réalisée périodiquement c’est la phase d’échantillonnage. Un interrupteur électronique commandé au
rythme d’un signal de tension impulsif va ouvrir l’interrupteur du CAN renouvelant l’opération précédente. La période Te au bout de
laquelle s’ouvre l’interrupteur s’appelle la période d’échantillonnage.
3.
Propriétés des capteurs
Voir le cours de MI de première, les capteurs doivent être selon les besoins :

Sensibles, c’est-à-dire pouvant détecter une petite variation de la grandeur physique ;

Précis, c’est-à-dire à la fois fidèle et juste (exact) ;

Rapide, c’est-à-dire avoir un faible temps de réponse ;

Etendu, c’est-à-dire que la mesure qu’il puisse réaliser entre la valeur la plus faible et la plus grande soit importante.
4.
Cas d’un signal de sortie périodique
Interpréter le spectre d'un signal périodique : déterminer la fréquence du fondamental, déterminer les harmoniques non nuls.
Un signal périodique de fréquence f quelconque peut être décomposé en la somme de signaux sinusoïdaux de fréquences f1, f2,
f3, … fn,… appelée décomposition de Fourier, avec fn = n× f1 où fn est l’harmonique de rang n et l’harmonique de rang 1 de
fréquence f1 s’appelle le fondamental il correspond à la fréquence f du signal.
Exemple : un signal triangulaire se décompose en série de Fourier : 𝑣(𝑡) = 𝐴0 +
8𝐵
𝜋²
× (𝑐𝑜𝑠𝜔𝑡 +
𝑐𝑜𝑠3𝜔𝑡
32
C(V)
A0
𝑐𝑜𝑠5𝜔𝑡
52
+ ⋯ ) avec ω = 2π∙f
Fondamental
Composante continue
v(V)
+
Harmoniques 3 et 5
t(s)
Représentation temporelle (chronogramme)
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A0
0 f1 2f 3f1 4f1 5f1
f(Hz)
1t
représentation fréquentielle (spectre)
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