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les_exposes:robot_ultra_son

I Le son

Il s'agit d'une onde. Et plus exactement d'une onde de compression. En effet les molécules d'air sont compressées les unes contre les autres. Cette compression provoque le déplacement des autres molécules d'air présentes à côté des premières, ce qui les compressera également et mènera au déplacement des molécules suivantes.

II La différence entre un son et un ultrason

La différence entre un son et un ultrason réside dans leurs fréquences. En effet, une onde sonore peut être représentée sous une forme sinusoïdale périodique*. La différence ce fait donc là entre un son et un ultrason. Un son a une fréquence que votre oreille peut entendre. Tous les sons ayant une fréquence supérieure à la capacité de l'oreille humaine sont considérés comme des ultrasons.

*

L’oreille humaine entend à une fréquence comprise entre 20 et 20000 hertz. La vitesse des ultrasons à 20 °C serait de 340 mètres par seconde

III Le capteur (ultrasons)

Un capteur est un dispositif dont les caractéristiques physiques sont sensibles à un mesurande*. Lorsque celui-ci est soumis à ce mesurande il fournit une réponse sous la forme d'une grandeur physique exploitable

*Le mesurande : c’est l’objet de la mesure ou plus simplement la grandeur à mesurer

Un capteur à ultrasons émet à intervalles réguliers de courtes impulsions sonores à haute fréquence.

IV Le fonctionnement du capteur

L'émetteur et le récepteur sont situés dans le même boîtier. L'émetteur envoie un train d'ondes* qui va se réfléchir sur l'objet à détecter et ensuite revenir à la source. Le temps mis pour parcourir un aller-retour permet de déterminer la distance de l'objet par rapport à la source. Plus l'objet sera loin plus il faudra longtemps pour que le signal revienne. Pour détecter le niveau (la distance d), on utilise l’équation : v = d donc d = v ⋅ t ,

- t étant le temps vu au-dessus entre le début de l’émission et le début de la réception.

- v étant exprimé en mètres par secondes.

*Train d’ondes : C’est un signal d’extension finie dans le temps.

Le capteur d'ultrasons est donc capable d'effectuer plusieurs mesures par seconde et d'en donner les résultats.

V Usage du capteur en robotique

Les ultrasons sont couramment employés en robotique et ce, afin d’effectuer des mesures de distance et/ou de détecter des objets quelconques en état statique ou en mouvement.

Les capteurs à ultrasons peuvent détecter des obstacles se situant dans un cône relativement large d’environ 30 degrés. Cette caractéristique est à la fois un avantage et un inconvénient.

C’est un inconvénient car un obstacle détecté n’est pas localisé précisément en angle à l’intérieur du cône de détection. Pour une distance donnée, l'obstacle peut se trouver n'importe où sur toute la largeur du cône de détection. La distance mesurée est donc relativement fiable, mais la position de l'obstacle est imprécise.

C’est par contre un avantage car la zone de détection du capteur d'ultrasons est plus grande qu'avec un capteur plus précis. Il peut donc détecter des obstacles relativement fins, comme des pieds de table ou de chaise par exemple, alors que ceci pourraient ne pas être détectés par des télémètres ayant un cône de détection plus faible.

- Première partie : l’émission

La fréquence du signal de l’émetteur est à 40 KHz, sa production nécessite l’un des TIMER du microcontrôleur.

Cette fréquence n’est efficace que si l’émetteur ultrason est alimenté par une tension au moins égale à 12 V.

- Deuxième partie : la réception

Le capteur transforme les variations de pression acoustique en signal électrique.

Ce signal électrique est amplifié.

Le signal amplifié est mis en forme pour pouvoir être traité par microcontrôleur.

VI Utilisation industrielle

Dans une usine de transformation d’aluminium, des bobines d’aluminium laminé sont déroulées sur des tubes avant traitement de surface. Pour maintenir une certaine tension de bande, l’axe du mandrin est freiné par un capteur ultrason puissant pendant que la bobine se vide.

La puissance de ce freinage doit cependant être en fonction du diamètre de la bobine pour que le couple de débobinage reste constant. Pour ce faire une mesure en continu du diamètre de bobine est nécessaire. Celle-ci se fera sans contact pour éviter de marquer l’aluminium. Dans ce contexte, un capteur à ultrason s’avère être très utile. La mesure s’effectue sans contact même pour des variations très rapides jusqu’à plusieurs cm/s.

les_exposes/robot_ultra_son.txt · Dernière modification: 12/10/2017 21:45 par nicolas