Présentation
RÉSUMÉ
Cet article présente des capteurs très spécifiques utilisés pour les mesures sans contact. Les technologies abordées sont les comparateurs pneumatiques, les capteurs à ultrasons, à micro-ondes, utilisant des rayonnements ionisants, à force atomique, à effet tunnel et enfin le GPS. Tous ces capteurs offrent des propriétés spécifiques qui permettent d'étendre les possibilités de la mesure sans contact. Pour chacune de ces technologies, cet article présente les principes, les caractéristiques techniques et les domaines d'utilisation.
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Jean-Louis CHARRON : Ingénieur au Centre technique des industries mécaniques (CETIM)
INTRODUCTION
C et article présente des capteurs aussi variés que :
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les capteurs à ultrasons 1 ;
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les comparateurs pneumatiques 2 ;
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les capteurs à micro-ondes 3 ;
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les capteurs utilisant des rayonnements ionisants 4 ;
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les capteurs à force atomique ou attraction moléculaire 5 ;
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les capteurs à effet tunnel 6 ;
-
le GPS (Global Positioning System) 7.
Ces capteurs, à côté des méthodes plus couramment utilisées comme les capteurs inductifs ou optiques, offrent des propriétés et des possibilités complémentaires qui permettent d’étendre encore plus les possibilités des mesures dimensionnelles sans contact. En général, ces capteurs sont destinés à des applications plus ciblées comme les mesures à faible coût des grandes distances avec les capteurs à ultrasons, des capteurs robustes et précis comme les capteurs pneumatiques qui sont principalement utilisés pour le contrôle en très grande série. Les capteurs à micro-ondes sont principalement utilisés pour des mesures de niveau mais aussi des mesures de très grandes distances dans l’aéronautique. Les capteurs utilisant des rayonnements ionisants sont adaptées aux mesures à l’intérieur de matériaux et pièces opaques très divers pour des applications aussi différentes que la recherche de défauts internes ou le contrôle douanier. Les capteurs utilisant la force atomique ou l’attraction moléculaire autorisent des mesures à des échelles submicroniques sur des matériaux les plus divers, tout comme les capteurs à effet tunnel qui sont utilisés à l’échelle atomique sur des matériaux conducteurs. Le GPS permet lui un positionnement absolu à la surface de la terre, mais est aussi précis pour permettre la surveillance de barrages ou de failles tectoniques.
Cet article s’inscrit dans une série consacrée aux capteurs de mesures dimensionnelles sans contact :
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Mesures sans contact. Généralités Mesures sans contact- Généralités ;
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Mesures sans contact. Méthodes magnétiques et capacitives Mesures sans contact- Méthodes magnétiques et capacitives ;
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Mesures sans contact. Méthodes optiques (partie 1) Mesures sans contact- Méthodes optiques (partie 1) ;
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Mesures sans contact. Méthodes optiques (partie 2) Mesures sans contact- Méthodes optiques (partie 2) ;
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Mesures sans contact. Autres méthodes [R 1 334] ;
— Mesures sans contact. Comparatif Mesures sans contact[Comp. R 1 335] dans lequel le lecteur trouvera une liste des principaux fournisseurs de capteurs.
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GPS6. Capteurs à effet tunnel
6.1 Principe
-
Il est possible de faire passer un courant entre deux pièces conductrices séparées par un isolant en appliquant une différence de potentiel V, et cela malgré la barrière de potentiel, par un effet quantique appelé effet tunnel. Le courant I est fonction de la distance d entre les nuages électroniques qui entourent les atomes et du niveau de la barrière de potentiel à vaincre (ϕ 1 + ϕ 2)/2 (» 3 eV) selon la relation (figure 19) :
![]()
avec A = 10,25 nm–1 eV–1/2.
Cette équation montre qu’une variation de 0,1 nm provoque une variation du courant d’un facteur 10. Il est ainsi possible de mesurer très finement l’espace séparant deux pièces métalliques.
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Un système de mesure est composé :
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d’une pointe métallique monoatomique dont le rayon est de l’ordre du nanomètre portée à une tension V par rapport à la pièce mesurée (figure 20). Elle est placée sur un système de déplacement piézo-électrique tridirectionnel ;
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d’une électronique d’acquisition et de contrôle qui assure l’asservissement du mouvement de la pointe, le pilotage du balayage latéral et la mise en mémoire des mesures ;
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d’un système de stockage des images ;
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d’un système antivibratoire qui permet de filtrer les vibrations parasites de l’environnement.
Deux modes de mesure sont utilisés :
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pour le premier, pendant la scrutation de la surface, on asservit la distance entre la pointe et la surface de façon à ce que le courant soit constant : la distance entre la pointe et la pièce est de 0,3 nm environ. C’est le moyen le plus sensible mais le plus lent ;
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avec la deuxième méthode, la pointe est placée à une distance de l’ordre de 5 nm et les variations de courant sont mesurées pendant la scrutation de la pièce. Le balayage peut être plus rapide, mais la mesure...
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