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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Lire l’articleAuteur(s)
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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 ;
-
les capteurs à force atomique ou attraction moléculaire 5 ;
-
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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Comparateurs pneumatiques1. Capteurs à ultrasons
1.1 Principe de mesure
La mesure de distance par ultrasons s’effectue par celle du temps qui sépare l’émission d’une impulsion ultrasonore et la réception de l’onde réfléchie par l’objet à mesurer (figure 1).
En fonction de l’application, la propagation de l’onde ultrasonore se fait soit dans l’air, soit dans un liquide ou dans un solide, or, les caractéristiques de transmission de ces milieux sont très différentes. La transmission de l’énergie acoustique est beaucoup plus efficace si le milieu de mesure est un liquide ou un solide plutôt qu’un gaz.
Les fréquences des ondes utilisées varient pour la plupart des applications entre 2 kHz et 2 MHz :
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les basses fréquences (quelques dizaines de hertz) sont utilisées pour obtenir les plus longues étendues de mesure en mer ;
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les plus hautes fréquences sont utilisées pour effectuer des mesures de précision dans les solides ;
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des fréquences comprises entre 20 et 100 kHz sont utilisées pour effectuer des mesures dans l’air.
Dans le domaine de la géologie des fréquences beaucoup plus basses sont utilisées, de la fraction de hertz à quelques dizaines de hertz pour obtenir de très longues étendues de mesure.
Dans le domaine du diagnostic médical les fréquences utilisées varient de 2 MHz à 5 MHz. Pour l’ophtalmologie elles peuvent atteindre 20 MHz car il est nécessaire d’obtenir une bonne définition et la profondeur à contrôler est faible.
HAUT DE PAGE1.1.1 Systèmes de mesure unidimensionnels
Les transducteurs piézo-électriques (figure 1) sont utilisés pour émettre et recevoir les ultrasons à moyenne et haute fréquences, les transducteurs magnétostrictifs qui permettent de générer de plus fortes puissances sont utilisés à basse et moyenne fréquences, les transducteurs à membrane vibrante sont utilisés à basse fréquence pour transmettre une onde ultrasonore dans l’air et la recevoir.
Certains capteurs utilisent deux transducteurs, l’un optimisé pour l’émission l’autre pour la réception. Lorsqu’ils...
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