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 ;
-
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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Capteurs utilisant la force atomique ou l’attraction moléculaire4. Capteurs utilisant des rayons ionisants
4.1 Principes de mesure
Ce sont principalement les rayons X et γ qui sont utilisés mais des applications sont mises en œuvre avec des rayons α ou β et même avec des neutrons. Les faisceaux d’électrons accélérés sont largement utilisés. Ces différents rayonnements sont émis soit par des éléments radioactifs soit par des tubes électroniques.
Pour émettre des rayons γ, α ou β, les sources sont composées de radioéléments, de nombreux isotopes peuvent être utilisés. L’énergie du rayonnement utilisé est choisie en fonction du composé chimique à mesurer et de son épaisseur.
Les émetteurs utilisés sont principalement l’iridium 192 (pour contrôler des pièces d’acier d’épaisseurs de quelques millimètres à 100 mm) et le cobalt 60 (épaisseur d’acier de 30 à 200 mm). La désintégration du cobalt 60 produit des rayons γ de 1,33 MeV particulièrement pénétrants, sa demi-vie est de 5 ans. Celle du césium 137 fournit des rayons γ de 0,66 MeV, sa demi-vie est de 30 ans, il est réservé aux mesures d’épaisseurs minces tout comme le sélénium 75 dont la demi-vie est de 120 jours, qui libère des photons γ de 120 à 400 keV. L’américium 241 est aussi utilisé, sa demi-vie est de 433 ans. Ces sources radioactives sont enfermées dans un conteneur formé principalement par du plomb enveloppé par de l’acier inoxydable.
Les rayons X sont fournis par des tubes de Coolidge. Ils sont formés d’un tube à vide comportant deux électrodes ; une cathode émettrice d’électrons (filament de tungstène chauffé) et une anode, masse métallique portée à un potentiel positif de l’ordre de 10 à 300 kV. Les électrons sont ainsi accélérés et projetés sur l’anode, leur freinage à sa surface provoque l’émission du rayonnement X. On réalise ainsi des sources qui peuvent être de petites dimensions.
Les électrons accélérés sont aussi utilisés directement par exemple en microscopie électronique.
Les détecteurs des rayonnements X et γ utilisés sont principalement, d’une part des films photographiques ou des écrans luminescents, d’autre part des compteurs Geiger-Muller, des chambres à ionisation, des détecteurs à scintillation, et des détecteurs à semi-conducteurs. Ils génèrent une impulsion électrique...
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