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Présentation des capteurs et des transducteurs
Présentation des capteurs et des transducteurs
Les capteurs et transducteurs ont des rôles de plus en plus variés et étendus dans notre vie quotidienne. Ainsi, un grand nombre de véhicules construits au cours des dix dernières années sont équipés de capteurs pour faciliter les manœuvres, telles que reculer sans risque de heurter un obstacle. Ces capteurs détectent la présence de tout obstacle derrière le véhicule.
Les capteurs ne sont pas toujours utilisés pour des applications aussi sophistiquées. Par exemple, des thermostats et des capteurs d’humidité peuvent déclencher des systèmes de chauffage, ventilation et climatisation. Le mercure d’un thermomètre standard est un exemple très simple de ce type de capteur. Le mercure se dilate et se contracte en fonction de la température à laquelle il est exposé. Cette variation est convertie en une mesure thermique grâce à une échelle parallèle au tube contenant cette substance. Les capteurs électriques peuvent sembler être beaucoup plus sophistiqués que cela, mais un examen plus approfondi démontre qu’ils ne le sont pas vraiment.
Le contrôle des éclairages est une autre application courante des capteurs. Ce type de capteur sert à allumer ou éteindre des éclairages en fonction de la luminosité ambiante. D’autres capteurs réagissent à la variation d’un champ électromagnétique, permettant de détecter des mouvements.
Les applications des capteurs sont innombrables. Depuis le contrôle thermique du four dans votre cuisine jusqu’aux capteurs de votre appareil photo numérique qui déterminent la mise au point et le réglage des images, une multitude de capteurs est indispensable à notre vie quotidienne. Leurs applications sont simples ou complexes et les dispositifs peuvent être très coûteux ou très économiques.
Au fil des ans, la sensibilité des capteurs a considérablement progressé. Les capteurs récents sont capables de détecter des variations très fines de la température, de la pression atmosphérique, de l’humidité, de la tension électrique, etc. Cette très grande précision est remarquablement utile dans les processus de fabrication industriels, pour contrôler le plus précisément possible les machines et les équipements.
Les équipements médicaux réunissent les applications les plus importantes des capteurs. Ils peuvent détecter des variations dangeeuses du rythme cardiaque, de la pression sanguine, etc. Ils permettent aux médecins de diagnostiquer des pathologies avec une précision optimale. Des vies humaines dépendent de la précision de ces capteurs. Les capteurs intégrés aux équipements médicaux sont maintenant tellement sophistiqués qu’ils peuvent même détecter des substances d’analyse à des échelles infimes.
Qu’est-ce qu’un capteur et comment fonctionne-t-il ?
Pour faire simple, disons qu’un capteur est un dispositif électronique qui mesure unerpropriété physique. Il convertit cette mesure en un signal qu’il envoie à un autre dispositif où il sera restitué dans une forme directement exploitable par des utilisateurs. Par exemple, un voltmètre détecte une tension sur un fil électrique. Il convertit ce signal qui sera affiché sur un écran analogique ou numérique, selon une échelle lisible et interprétable par des utilisateurs.
Toutefois, en électronique, des différences séparent le composant idéal et le composant réel. Par exemple, le capteur idéal serait uniquement sensible à la propriété qu’il doit mesurer, n’aurait aucune influence sur la propriété mesurée, et serait totalement insensible à toute autre propriété susceptible de modifier la mesure finale. Mais dans la réalité, les capteurs sont exposés à des interférences et leur sensibilité n’est jamais parfaite.
D’autres composants électroniques peuvent être utilisés pour détecter des erreurs liées à la sensibilité, aux interférences provenant d’autres propriétés physiques. Cette approche permet de construire des capteurs d’une grande précision, mais il reste toujours des possibilités d’amélioration. Heureusement, les ingénieurs et les chercheurs apportent toujours de nouvelles solutions pour améliorer la précision des capteurs et leur sensibilité. Les capteurs donnent donc des mesures de plus en plus précises et couvrent des propriétés physiques de plus en plus variées.
Outre le contrôle des interférences avec le signal pour améliorer la précision, plusieurs types de dispositifs peuvent servir de capteurs. Par exemple, une thermistance ou un thermocouple (parmi d’autres options) peut servir de capteur thermique, et offrir divers niveaux de précision. Grâce au très grand nombre d’options disponibles, les ingénieurs peuvent concevoir des capteurs capables de fonctionner efficacement dans toutes les conditions imaginables, même dans le vide spatial ou au fond de l’océan. Les capteurs nous permettent d’explorer le monde, depuis les fonds océaniques jusqu’aux confins du système solaire. Ils nous aident à contrôler notre environnement, en réglant une climatisation ou en signalant la présence d’un intrus dans un édifice ou un terrain, grâce à des capteurs de mouvement qui déclenchent des alarmes ou un éclairage.
Qu’est-ce qu’un transducteur ?
Un transducteur est un composant électrique conçu pour accepter un type de signal électrique pour le convertir en un autre type de signal électrique. Les capteurs sont des types de transducteurs, mais les transducteurs ne peuvent pas tous servir à construire des capteurs.
Par exemple, un transducteur peut être relié à un dispositif photosensible. Lorsque le dispositif photosensible détecte une variation de l’intensité lumineuse, le transducteur peut convertir le signal électrique reçu en un signal capable d’allumer ou d’éteindre un éclairage. Prenons un autre exemple : un transducteur transforme un signal émis par un capteur d’humidité pour le transmettre à un écran numérique. Il permet ainsi à son utilisateur d’obtenir une mesure précise du niveau d’humidité dans un espace intérieur ou extérieur, ou tout autre environnement dans lequel le capteur est installé.
Les transducteurs sont utilisés par une multitude d’applications, en plus des capteurs. Ils sont présents dans les antennes, les équipements de données informatiques, et toutes les autres applications imaginables, où un signal doit être converti pour être exploité d’une façon ou d’une autre.
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Les types de capteurs et de transducteurs disponibles sur le marché sont remarquablement nombreux et différents. Ils deviennent de plus en plus spécialisés en fonction des applications. Les transducteurs peuvent être commercialisés et installés comme des composants électriques. Cependant, ils doivent être installés dans des conditions spécifiques par un expert pour obtenir le fonctionnement requis.
Capteurs à pression absolue
Les capteurs à pression absolue servent à mesurer la pression dans les liquides, solides et gaz. Ils jouent un rôle crucial dans de nombreuses applications et leur utilisation est généralisée. Des versions sous forme de circuits intégrés combinent tous les composants requis pour fonctionner comme capteurs de pression spécifiques. Un capteur à pression absolue est ainsi appelé parce qu’il mesure la pression par rapport à un vide parfait.
Ils sont très courants et sont, dans la plupart des cas, très économiques, grâce aux technologies et aux techniques de fabrication avancées.
Accéléromètres
S’il vous est arrivé d’utiliser votre téléphone portable pour déterminer votre vitesse de déplacement, vous avez utilisé un accéléromètre. Un accéléromètre est un composant qui mesure l’accélération linéaire. L’accélération linéaire est celle que vous ressentez physiquement. Elle est mesurée par rapport à la gravitation terrestre. Chaque fois qu’on utilise la force g, on mesure l’accélération linéaire.
Les accéléromètres servent à mesurer la position d’un objet, son accélération, etc. Ce sont des capteurs d’un type très courant. Ils sont installés dans une grande diversité d’équipements, depuis les téléphones portables aux véhicules terrestres ou aériens.
Capteurs de couleur
Les capteurs de couleur mesurent les variations chromatiques. Leur efficacité est confrontée à de nombreux défis, incluant la réflectivité de la surface mesurée puisqu’elle peut influencer le résultat obtenu. Diverses technologies entrent en jeu pour résoudre de telles difficultés.
Les capteurs de couleur sont adaptés à une grande variété d'applications. Ils sont très fréquemment utilisés dans divers processus de fabrication où la régularité chromatique est un critère déterminant. Ils sont aussi présents dans des applications particulièrement sophistiquées. Par exemple, en astronomie, ils mesurent la couleur des objets célestes afin de recueillir des informations essentielles sur leur nature.
Capteurs de lumière
Les capteurs de lumière font partie des capteurs les plus fréquemment utilisés. Ils servent à allumer et éteindre des éclairages, pour économiser l’énergie en évitant que des lampes extérieures restent allumées toute la journée. Ils équipent évidemment tous les réverbères et autres appareils de l’éclairage public, précisément pour réduire la consommation électrique.
Les capteurs de lumière présentent des avantages importants par rapport à d’autres méthodes de gestion des éclairages. Par exemple, si l’éclairage des rues était contrôlé par des minuteries, les réverbères pourraient s’allumer lorsqu’il fait déjà nuit ou s’éteindre trop tard ou trop tôt. Cependant selon les conditions météorologiques (orages, tempêtes, etc.), la luminosité extérieure peut devenir insuffisante et l’éclairage public doit être allumé. Les capteurs de lumière garantissent un éclairage suffisant lorsque la lumière naturelle n’autorise plus des conditions appropriées pour la sécurité des personnes et de la circulation. Ils répondent aux mêmes besoins dans les espaces intérieurs, privés et publics.
Capteurs à effet Hall
Dans un capteurs à effet Hall, un transducteur détecte les changements intervenant dans un champ magnétique. Cette technique est souvent utilisée pour des applications de commutation, de détection du courant, de reconnaissance de position, et bien d’autres. Un capteur à effet Hall a l’avantage de mesurer n’importe quel type de courant sans modifier le courant présent dans le circuit, puisqu’il n’est pas directement relié au circuit.
Capteurs d'images
Presque tout le monde connaît et utilise des capteurs d’images. Les appareils photos numériques sont l’application la plus courante des capteurs d’images. Un capteur d’image CCD détecte la lumière et la convertit en une image.
Les capteurs d'images sont adaptés à une grande variété d'applications. Ils sont utilisés non seulement dans les APN déjà mentionnés mais aussi dans des équipements de numérisation, scanners, et bien d’autres applications. Ces capteurs bénéficient d’améliorations constantes. Les capteurs les plus récents supportent des résolutions impressionnantes, permettant de produire des images de très haute qualité, même dans des appareils photos numériques économiques.
Inclinomètres
Les inclinomètres sont utilisés dans une grande variété d'applications. Ils mesurent le degré d’inclinaison des pentes, des véhicules, etc. Dans un avion, ils peuvent mesurer son orientation par rapport au sol. Dans un véhicule terrestre, ils peuvent détecter le risque de renversement latéral. Dans un téléphone portable, ils peuvent mesurer sa position verticale ou inclinée par rapport au sol, pouvant ainsi être utilisés omme nivelle.
Capteurs de proximité
Les capteurs de proximité font partie des équipements de sécurité les plus importants qui existent actuellement. Ils détectent si une personne se tient sous une porte de cgarage pour éviter qu’elle se ferme. Ils analysent des signaux électriques pour détecter si une personne est proche d’un véhicule prêt à se déplacer, et bien d’autres applications. Les capteurs de proximité sont très utiles dans les équipements de sécurité, de protection et bien d’autres. Ils peuvent combiner différents types de capteurs pour obtenir les informations requises afin de déterminer si quelqu’un s’approche d’une zone à protéger.
Capteurs de température
Les capteurs de température font partie des applications courantes des transducteurs. Ils convertissent les données thermiques pour les rendre exploitables par des utilisateurs ou pour contrôler des équipements, climatisation, chauffage, etc. Les types de capteurs de température sont nombreux, incluant les thermocouples, thermistances, et autres. Leur sélection peut être basée sur leur coût, l’application spécifique envisagée et d’autres critères.
Capteurs d'humidité
Les capteurs d'humidité servent à mesurer avec précision la teneur en eau de l’air ambiant, le plus souvent pour protéger des équipements. Par exemple, les grandes salles des centres informatiques sont équipées de capteurs d’humidité pour gérer la ventilation et contrôler l’humidité ambiante afin de protéger les équipements et garantir un fonctionnement conforme aux paramètres requis. Les capteurs d’humidité sont aussi utilisés dans des espaces privés pour améliorer le confort. Dans les applications extérieures, ils fournissent des informations essentielles pour les prévisions météo.