Capteurs de proximité

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Présentation des capteurs de proximité

En dépit de leur diversité, les capteurs de proximité actuellement disponibles partagent tous les caractéristiques de base suivantes. En émettant un champ ou rayon électromagnétique, les capteurs de proximité détectent des objets (ou « cibles » en termes techniques) situés dans un espace proche en mesurant les différences dans le champ émis ou signal de retour. Comme cette détection ne nécessite aucun contact physique, les capteurs de proximité contiennent relativement peu de composants mécaniques, ce qui contribue à réduire leur usure. Ces dispositifs offrent donc une longévité appréciable.

Les capteurs varient avec la composition matérielle des cibles à détecter. Des cibles en plastique sont invisibles pour les capteurs photoélectriques, alors que les capteurs inductifs ne voient pas les cibles métalliques, par exemple.

Les capteurs de proximité varient aussi selon la taille de la zone de détection, leur portée maximale étant indiquée comme « portée nominale ». La portée nominale peut être ajustée sur certains capteurs afin de détecter des cibles à des distances plus proches ou plus éloignées. Les modèles qui peuvent être ajustés pour détecter des cibles sur des distances extrêmement courtes sont souvent utilisés comme interrupteurs à effleurement.

Les capteurs de proximité peuvent être catégorisés en fonction de leur mécanisme de détection. Bien que chaque catégorie réunisse un grand nombre de modèles, les principaux types de capteurs sont : acoustiques, capacitifs, inductifs, infrarouges, piézoélectriques.

D'autres capteurs de proximité incluent : mesures de distance à laser, capteurs d'effet Doppler, radar, capteurs thermiques à infrarouge passif, capteurs à sonar actif ou passif, capteurs optiques passifs à transfert de charge.

 

Histoire des capteurs de proximité

L'être humain est lui-même un capteur de proximité. Les yeux, les oreilles, le nez détectent des cibles visuelles, auditives et olfactives. Les systèmes d'alarme rapide utilisant des fils tendus pour signaler le passage d'animaux ou d'intrus sont maintenant révolus. Grâce aux progrès technologiques et aux solutions électriques, des capteurs de proximité spécialisés pour des applications et des cibles spécifiques ont été développés. Le physicien américain Edwin Hall a découvert l'effet Hall en 1869, qui est le principe opérationnel de nombreux capteurs de proximité à champ magnétique actuels. Aux XIXème et XXème siècles, d'importants développements (ainsi que des innovations technologiques) ont donné naissance à différents types de capteurs de proximité, répondant aux demandes de l'industrie et du commerce. Ces développements se poursuivent encore au XXIème siècle.

          

Aspects techniques des capteurs de proximité

• Les capteurs de proximité ultrasoniques génèrent des ondes sonores à hautes fréquences grâce à un transducteur piézoélectrique. Le système mesure ensuite les variations présentes dans l'écho renvoyé par une cible mobile ou statique.
• Les capteurs de proximité capacitifs détectent la capacité électrique des cibles métalliques et non-métalliques, qui s'approchent ou s'éloignent du condensateur monté dans le dispositif.
• Les capteurs de proximité inductifs émettent un champ magnétique à haute fréquence grâce à une bobine. Ils détectent ensuite la présence de cibles métalliques (ferromagnétiques en particulier), parce qu'elles absorbent une part d'énergie du champ dans lequel elles pénètrent.
• Dans un capteur de proximité photoélectrique, un composant émet un rayon lumineux alors qu'un autre composant (le détecteur) détecte la présence d'objets métalliques ou non-métalliques, en déplacement dans le rayon (entre l'émetteur du rayon et le détecteur du rayon positionné à distance). Une autre variante est dotée d'un émetteur et d'un détecteur dans le même boîtier, permettant de recevoir la réflexion du rayon renvoyée par la cible.
• Les capteurs de proximité à effet Hall utilisent des semi-conducteurs minces traversés par un courant. Si un champ magnétique est placé perpendiculairement au flux du courant, la tension augmente légèrement à partir de 0 V. Ainsi, le dispositif mesure les variations de tension (habituellement mesurées en microvolts) déclenchées par les mouvements d'un aimant par rapport aux semi-conducteurs. Ce dispositif est largement employé comme détecteur de niveau de carburant : un aimant monté sur un objet flottant à la surface du carburant monte ou descend, modifiant la tension d'un semi-conducteur monté à angle droit de l'aimant sur la partie supérieure de la doublure du réservoir.

 

Utilisation des capteurs de proximité dans l'industrie de la fabrication

Les capteurs de proximité sont partout utilisés dans la fabrication, incluant la technologie « Parktronics » intégrée dans les pare-chocs des véhicules pour prévenir les collisions en marche arrière ; les portes automatiques qui répondent à la pression des pas détectée par une plaque piézorésistante placée sous un tapis, ou encore les alarmes de sécurité infrarouge.

Dans l'industrie, ils servent à mesurer la vibration dans les machines à axes rotatifs et pour contrôler la stabilité des arbres à cames au point mort haut sur des moteurs à pistons.

 

Différences entre capteurs de proximité les autres capteurs

Comme tous les capteurs, les capteurs de proximité convertissent une énergie entrante en une autre forme d'énergie qui peut être lue ou mesurée. Bien qu'ils puissent employer l'énergie utilisée par d'autres capteurs, tels que les détecteurs de radiation thermique par exemple, les capteurs de proximité ne sont pas fondamentalement des outils de mesure de la chaleur, comme les thermomètres. Leur rôle principal est de détecter la présence d'un objet physique dans un espace placé sous leur contrôle.