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 ;
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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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Présentation
Capteurs à effet tunnel5. Capteurs utilisant la force atomique ou l’attraction moléculaire
5.1 Principe
Les atomes subissent des forces d’attraction ou de répulsion à distance en fonction du couple d’éléments chimiques en présence. La loi de variation en fonction de la distance d est en 1/d 2, car ce sont principalement les forces électrostatiques qui interviennent. Cet effet est utilisé pour effectuer la mesure de profil ou de forme de la surface. Lorsqu’il y a hétérogénéité, la force exercée sur la pointe n’est pas seulement orthogonale à la surface, la lame qui supporte la pointe subit une torsion qui peut aussi être mesurée.
Le capteur est réalisé à l’aide d’une pointe placée à l’extrémité d’une lame cantilever, un système de mesure de déplacement optique sans contact mesure la flèche de la lame avec une résolution de 0,01 nm (figure 18). Le rayon de la pointe utilisée est de 10 nm.
Pour réaliser la mesure, la pièce à mesurer ou le dispositif de palpage est placé sur un système de déplacement piézo-électrique tridirectionnel.
Deux modes de mesure sont utilisés :
-
pour le premier, pendant la scrutation de la surface, on asservit la distance entre la pointe et la surface de façon à ce que la force exercée sur la pointe soit constante : la distance entre la pointe et la pièce est de 0,5 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 la flèche sont mesurées pendant la scrutation de la pièce.
Le balayage peut être plus rapide, mais la mesure est plus grossière la force mesurée étant plus faible.
HAUT DE PAGE5.2 Caractéristiques techniques
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L’étendue de mesure est fixée par celle des systèmes de déplacement piézo-électriques : elle est de l’ordre de 10 µm en mode asservi et de 5 nm en mode mesure de flèche dans le sens de la profondeur, le côté de la surface balayée peut atteindre 100 µm.
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La justesse de mesure est celle des déplacements piézo-électriques...
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