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Les Capteurs Ou Comment utiliser les lois générales De la Physique.

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1 Les Capteurs Ou Comment utiliser les lois générales De la Physique

2 Les Capteurs de Température Les Thermocouples et leffet Seebeck Les Sondes Platines Les Thermistances

3 Les grandeurs Physiques usuelles en Mécanique Déformation Effort Déplacement Module délasticité

4 Capteurs utilisés en Optique La Photodiode La Photodiode à Avalanche Le Tube Photomultiplicateur Le Channeltron

5 Leffet Hall et ses applications Rappel sur la loi de Lorentz UGN3503, capteur à effet Hall Mesure dun champ magnétique ou dun déplacement Calcul du module délasticité dun matériau

6 La Loi de Lorentz Une charge q se déplaçant à la vitesse v dans un champ électromagnétique subit une force F qui suit la loi de Lorentz : On perçoit nettement la contribution de la part électrique de celle de la part magnétique F = q.E + q·v ^ B En labsence de champ électrique, cette force se réduit à : F = q·v ^ B La tension de Hall, différence de potentiel entre deux points A et B dun conducteur placé dans un champ magnétique, dépend de cette force. En effet, le chemin de courant entre ces deux points augmentera avec la valeur du champ magnétique, augmentant ainsi et la résistance, et par la loi dOhm la tension mesurée entre A et B. Cette tension est proportionnelle à la vitesse de déplacement des porteurs de charge qui est considérablement plus grande dans les matériaux semi-conducteurs que dans les conducteurs métalliques.

7 Capteur à Effet Hall UGN3503

8 Mesure dun champ magnétique ou dun déplacement Comme nous venons de le voir avec lUGN3503, la corrélation entre champ magnétique et distance à laquelle on le mesure donne la possibilité danalyser : Les variations du champ dinduction Les variations liées au déplacement du capteur à effet Hall Dans certaines applications on pourra concevoir de gérer des positions en uni- axial voire en 3D par méthode de triangulation. La détection de métaux ferreux magnétique ne se fait que par focalisation des lignes de champ. Naturellement les lignes de champ sont divergentes dans lair. La seule présence dune pièce métallique suffit à augmenter la densité du champ dinduction vu par le capteur. Cette propriété permet dutiliser lUGN3503 comme tachymètre. Placé en vis-à-vis dune roue métallique crantée, associé à un aimant permanent de lautre, il décèlera les variations relatives du champ dinduction.

9 Capteur à Effet Hall et mesure du module mécanique délasticité Classiquement, le module délasticité dun matériau, sobtient par extensomètrie optique ou mécanique. La loi de Hook relie contrainte, déformation et module délasticité : s = e. E Une presse hydraulique génère un effort sur un corps dépreuve de section S 0. Une jauge dextensomètrie insérée dans un pont de Wheatstone permet de mesurer une déformation e = D L/L 0 En régime élastique, donc linéaire, la loi de Hook permet de remonter directement au module délasticité du matériau ( module dYoung) qui représente ses caractéristiques identitaires (acier, verre, aluminium, carbone …) On se propose, de notre côté, pour une poutre libre à une extrémité et encastrée à lautre, détudier ses modes vibratoires et particulièrement au mode 0, fondamental, définissant la fréquence propre de résonance. Le premier choix, nous impose de réaliser une poutre en plexiglass de section constante et dune longueur correcte pour être réglable. Fixée à une table par lintermédiaire dun serre-joint, elle restera libre à son autre extrémité. Voulant profiter des connaissances acquises dans lusage des capteurs à effet Hall, nous collerons un minuscule aimant à l extrémité libre de la poutre. Celui-ci aura en regard, le capteur à effet Hall mécaniquement solidaire de la partie encastrée.

10 Capteur à Effet Hall et mesure du module mécanique délasticité (2) En excitant la partie libre de la poutre, le capteur délivrera une tension représentant lamortissement du mode vibratoire. Cest la base de temps dun oscilloscope, qui permettra par transformée de Fourier dobtenir la fréquence de résonance de notre ensemble mécanique. Pour une poutre de longueur L (m), dépaisseur T (m), E représentant le module délasticité (MPa) et r la masse volumique (Kg/m3) Le coefficient C dépend du mode vibratoire de la poutre. En mode 0, cest-à-dire fondamental, on obtient C = 0.56 Dans notre cas : L = m T = 0.01 m = 1800 Kg/m3 La fréquence mesurée par FFT nous donne Hz Le calcul effectué en appliquant la formule ci-jointe, nous donne : E = 2.9 GPa qui définit bien le module élastique dun plexiglass

11 Sonde à effet Hall et Module dElasticité

12 Les nouvelles Technologies Les MEMS Lenjeu du futur Les Accéléromètres Application dans lindustrie Automobile

13 Merci…


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