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Qu’est-ce qu’un endoscope industriel ?

Un endoscope industriel est un instrument qui permet d’observer des zones invisibles à l’œil nu, comme les espaces étroits et les tubes tortueux.

Une caméra est fixée à l’extrémité d’une sonde longue et fine. La caméra peut être positionnée sur la pièce à observer et l’intérieur peut être observé à travers l’oculaire, ou les images peuvent être projetées sur un moniteur ou un PC pour une observation en temps réel de l’intérieur.

La résolution, la profondeur de champ, la longueur de la sonde et de l’unité principale, la flexibilité de la sonde, le nombre de sources lumineuses, la plage de température opérationnelle, etc. doivent être choisis en fonction de l’objet à observer, de l’utilisation et de l’environnement d’exploitation. Il existe également une fonction qui permet d’enregistrer des images vidéo, ce qui est utile pour l’examen ultérieur et la gestion des données.

De plus, les endoscopes industriels récents sont équipés de caméras et d’éclairages LED performants, qui permettent d’obtenir des images plus claires.

Utilisations des endoscopes industriels

Les endoscopes industriels sont largement utilisés dans des domaines industriels tels que l’automobile, l’aéronautique, les centrales électriques et les infrastructures telles que l’approvisionnement en gaz et en eau.

1. Secteurs de l’automobile, de l’aviation, des chemins de fer et de la marine

Inspection interne des moteurs, des composants hydrauliques, des buses d’injection, des turbines, etc.

2. Industrie énergétique

Maintenance et inspection des condenseurs, des tuyauteries, des turbines, etc. dans les centrales nucléaires et thermiques.

3. Génie civil et construction

Entretien des ponts, diagnostic des charpentes métalliques, observation des sous-planchers et des plafonds, etc.

4. Infrastructures

Inspection de la rouille, de la corrosion, des obstructions, etc. des conduites dans les installations d’eau et de gaz.

Principe des endoscopes industriels

Un endoscope se compose de trois éléments : un mécanisme d’éclairage, une caméra et une fonction de traitement de l’image. Une surface spéculaire ou lentille optique est placée à l’extrémité de l’endoscope et transmet l’image à la caméra. Une fibre optique protégée par un tube rigide ou une gaine flexible est utilisée pour transmettre la lumière.

Les endoscopes sont utilisés pour des contrôles non destructifs afin d’évaluer l’état des composants et des structures internes. Les images peuvent être affichées en temps réel pendant l’inspection.

Ils sont extrêmement difficiles à utiliser et doivent être utilisés par des techniciens ayant reçu une formation spécialisée.

Types d’endoscopes industriels

Les endoscopes industriels se composent d’une unité principale et d’une sonde, dont certaines sont équipées d’un moniteur, d’autres peuvent être connectées à un PC, et d’autres encore regardent à travers un oculaire.

Il existe différents types d’endoscopes industriels, notamment les vidéoscopes, les fibroscopes et les hardscopes.

1. Vidéoscopes

Ce type d’endoscope se caractérise par une petite caméra dédiée, montée à l’extrémité de la sonde, qui permet de visualiser les images en temps réel sur un écran dédié ou un smartphone. En même temps, des images fixes peuvent être prises et certains peuvent mesurer la longueur de l’objet.

En plus d’être étanches, ils peuvent également être utilisés pour examiner l’intérieur des équipements et des canalisations sous-marines.

2. Fibroscopes

Principalement utilisés pour l’inspection et la réparation non destructives. Il se caractérise par l’utilisation de sondes composées de milliers ou de dizaines de milliers de fibres de verre souples.

Chaque fibre de verre capte la lumière et permet d’obtenir une image à l’aide d’un oculaire situé de l’autre côté.

3. Miroir rigide

L’image obtenue par l’objectif est transmise par une lentille relais. La partie sonde de la lentille relais est un tube métallique qui ne peut pas être plié. Il se caractérise par sa structure simple et sa facilité d’utilisation.

Les miroirs rigides se composent d’une source lumineuse, d’une fibre optique, d’une lentille et d’une caméra et sont utilisés dans des applications médicales telles que la chirurgie, le traitement et l’observation des sites de lésions.

Caractéristiques des endoscopes industriels

1. De nombreuses fonctions

Les endoscopes industriels sont dotés de nombreuses fonctions utiles. Certains produits offrent un zoom sur le moniteur ou un capteur de température et une fonction d’alarme à l’extrémité du câble de la caméra.

D’autres produits sont équipés d’un microphone mains libres pour le stockage audio et vidéo, d’une LED blanche ultra-brillante à l’extrémité pour régler la luminosité du sujet comme vous le souhaitez, ou d’une fonction flash avec LED, ce qui en fait des appareils utiles pour un large éventail d’utilisations. Il s’agit d’un appareil pratique qui vous permet de choisir la fonction qui répond le mieux à vos besoins.

De nombreux produits peuvent transmettre des données à un PC ou à un écran de télévision, ce qui permet de partager des images avec plusieurs personnes.

2. Haute résistance à la chaleur

Certains endoscope industriel sont résistants à la chaleur, ce qui les rend adaptés à l’observation de l’intérieur des tuyaux et des machines. Par exemple, la température de l’huile de moteur automobile peut parfois dépasser largement les 100°C, et il convient d’utiliser des endoscopes dont les caractéristiques de résistance à la chaleur vont jusqu’à 200°C.

Qu’est-ce qu’un phototransistor ?

Un phototransistor est un dispositif semi-conducteur qui détecte la lumière.

Sa structure est une combinaison d’une photodiode et d’un transistor. Il existe une variété de formes en fonction de l’emballage, de sorte que le choix approprié doit être fait en fonction de l’utilisation.

Utilisations des phototransistors

Les phototransistors sont largement utilisés comme capteurs de lumière. En particulier, ils ont une sensibilité maximale autour de 800 nm et sont donc couramment utilisés pour recevoir la lumière infrarouge.

Parmi les exemples spécifiques d’utilisationsdes phototransistors, l’on peut citer la mesure de l’intensité lumineuse, les récepteurs de télécommande à infrarouge, les récepteurs de capteurs photoélectriques et les communications optiques. En particulier, ils sont souvent utilisés en combinaison avec des LED infrarouges dans les télécommandes de téléviseurs et de climatiseurs.

Une utilisation de la communication optique est le service de communication optique Giganet fourni par les fournisseurs d’accès à l’internet. La partie réceptrice de lumière de cette communication utilise des phototransistors à grande vitesse, qui sont idéaux pour la communication.

Les phototransistors sont aussi parfois utilisés comme capteurs dans les portes automatiques. De plus, ils sont utilisés dans un large éventail de situations, par exemple comme interrupteurs commandés par la lumière, car ils détectent la lumière et génèrent un courant électrique.

Structure du phototransistor

Les phototransistors sont des dispositifs semi-conducteurs à structure NPN. Cette structure NPN confère au phototransistor un signal de sortie plus important que celui d’une photodiode (voir figure 2, schéma de gauche).

La structure NPN du phototransistor amplifie la sortie de la photodiode à l’aide d’un transistor. Lorsque de la lumière correspondant à l’écart énergétique du semi-conducteur pénètre, les électrons de la bande de valence sont excités dans la bande de conduction.

Cela entraîne une migration vers la couche N, tandis que les trous se déplacent vers la couche P. Ce mouvement de la couche N vers la couche P est un phénomène naturel. Ce mouvement de la couche N vers la couche P provoque une polarisation directe à la jonction, ce qui se traduit par un flux de courant.

Les transistors utilisés dans les phototransistors sont caractérisés par le fait qu’ils ne possèdent pas d’électrode de base. Cependant, le photocourant généré par la réception de la lumière devient le courant de base, qui est amplifié au niveau du collecteur.

Caractéristiques des phototransistors

L’amplification du courant de base est hFE (facteur d’amplification du transistor) fois plus élevée que dans les autres transistors. Toutefois, une caractéristique des phototransistors est que, même avec un facteur d’amplification hFE fois similaire,  des facteurs d’amplification hFE relativement importants sont utilisés.

Cela permet d’extraire le signal de la minuscule photodiode sous la forme d’un courant de collecteur important. Ill convient de noter que le courant fuit constamment à la jonction collecteur-base et que ce courant de fuite est également amplifié.

En d’autres termes, un phototransistor a un faible flux de courant même dans un environnement complètement sombre. Ce faible courant qui circule même dans un environnement sombre est appelé courant d’obscurité. Le courant d’obscurité généré par un phototransistor est un bruit interne pour un capteur de lumière. Il est toutefois possible de supprimer ce bruit interne.

Le courant d’obscurité a la caractéristique d’augmenter lorsque la température est élevée et, inversement, de diminuer lorsque la température est basse. Cette caractéristique peut donc être utilisée pour refroidir le dispositif afin de supprimer le bruit interne.

Autres informations sur les phototransistors

1. Photodiode et transistor

En combinant un phototransistor avec une photodiode et un transistor, le photocourant généré lorsque la lumière est reçue par la photodiode peut être amplifié par un facteur de hFE fois le facteur d’amplification du courant continu du transistor. Le phototransistor est donc plus sensible que la photodiode et le courant de sortie du phototransistor est de l’ordre du mA, ce qui simplifie le circuit dans les étapes suivantes.

La sensibilité du phototransistor est plusieurs centaines de fois supérieure à celle de la photodiode, et si une sensibilité encore plus élevée est requise, l’utilisation d’un phototransistor connecté en Darlington permet d’obtenir une sensibilité plusieurs centaines de fois x plusieurs centaines de fois supérieure. Il est ainsi possible de détecter des luminosités de plusieurs Lux.

2. Différence entre CDS et Phototransistor

Un CDS est un photorésistor, également appelé cellule CDS ou cellule photoconductrice ; la résistance d’un CDS diminue de manière inversement proportionnelle à l’éclairement qu’il reçoit. En d’autres termes, la résistance est plus élevée lorsque l’éclairement est faible et plus faible lorsque l’éclairement est élevé.

Les avantages des CDS sont que la caractéristique de sensibilité infime est proche de celle de la vision humaine, que la structure est simple, que la sensibilité est élevée et que le prix est bas.

Parmi les exemples, l’on peut citer les illuminimètres, les exposimètres pour caméras et les détecteurs de luminosité pour les feux clignotants automatiques. Cependant, le sulfure de cadmium, le principal matériau utilisé comme élément dans les CDS, est une substance nocive pour l’environnement. C’est pourquoi les CDS sont de moins en moins utilisés depuis quelques années.

Les phototransistors, quant à eux, fournissent un courant de sortie proportionnel à l’éclairement. Un autre avantage est la sensibilité élevée due à la structure de la photodiode et du transistor combinés.

Qu’est-ce qu’un capteur de proximité ?

Un capteur de proximité est un capteur qui active ou désactive le point de contact lorsque l’objet à détecter ou un objet similaire se trouve à proximité sans qu’il y ait de contact physique. Contrairement aux interrupteurs mécaniques, les capteurs de proximité se caractérisent par le fait qu’ils n’établissent pas de contact physique avec l’objet à détecter pour activer ou désactiver le point de contact.

Il existe trois méthodes de détection principales pour les capteurs de proximité : inductive, capacitive et magnétique. Ces méthodes de détection permettent une détection sans contact avec l’objet à détecter. Les capteurs de proximité sont des capteurs sans contact et peuvent donc être utilisés sans se soucier d’endommager ou d’user l’objet à détecter.

Utilisations des capteurs de proximité

Les capteurs de proximité sont utilisés pour détecter la présence ou l’absence de pièces et leur positionnement dans diverses zones de production. En effet, les capteurs de proximité se caractérisent généralement par l’absence de contact et des distances de détection relativement courtes pour la détection d’objets métalliques et non métalliques.

Les capteurs de proximité capacitifs, quant à eux, sont également utilisés dans des situations telles que la quantité de liquide ou de poudre stockée dans un réservoir ou le fluide distribué par un pulvérisateur. En effet, les capteurs de proximité capacitifs peuvent détecter les liquides et les poudres ainsi que les métaux et les non-métaux, contrairement aux individus que les capteurs de proximité inductifs et magnétiques détectent principalement.

Types de capteurs de proximité

Les capteurs de proximité sont des capteurs sans contact avec l’objet à détecter. Par conséquent, lorsque l’objet à détecter s’approche du capteur de proximité, il émet de l’énergie. Celle-ci est détectée de différentes manières en fonction du type de capteur.

Les capteurs de Pproximité peuvent détecter des objets en convertissant la variation d’énergie réfléchie à ce moment en un signal électrique. Les capteurs de proximité peuvent donc être classés en trois grands types, en fonction de la méthode de détection.

1. Capteurs de proximité inductifs

Les capteurs de proximité inductifs utilisent des champs magnétiques et des courants induits pour détecter des objets. Un champ magnétique à haute fréquence est généré dans la bobine de détection de l’unité de détection du capteur de proximité.

Lorsqu’un objet métallique tel que le fer, le cuivre, l’aluminium ou le laiton s’approche de ce champ magnétique, un courant induit est généré par induction électromagnétique. Une perte d’énergie est alors générée en raison de la résistance de l’objet métallique de détection. Les capteurs de proximité inductifs détectent les changements d’impédance de la bobine de détection dus à ce courant.

2. Capteurs de proximité magnétiques

Les capteurs de proximité magnétiques utilisent la force d’un aimant pour détecter des objets. L’élément sensible d’un capteur de proximité magnétique se compose d’un aimant et d’un interrupteur à lames.

Lorsqu’un aimant ou un objet ferromagnétique s’approche de l’unité de détection du capteur, le commutateur à lames du capteur de proximité magnétique s’ouvre et se ferme, détectant ainsi l’objet.

3. Capteurs de proximité capacitifs

Les capteurs de proximité capacitifs utilisent les changements de capacité pour détecter les objets. La partie sensible d’un capteur de proximité capacitif est équipée d’une électrode de mesure.

La variation de capacité entre l’électrode et l’objet détecté se produit lorsque l’objet à détecter s’approche de l’électrode de mesure. Les capteurs de proximité capacitifs peuvent détecter des liquides et des poudres ainsi que des métaux et des non-métaux en détectant le changement de capacité généré.

Autres informations sur les capteurs de proximité

1. Dysfonctionnements des capteurs de proximité

Divers dysfonctionnements peuvent survenir lors de l’utilisation de capteurs de proximité, tels que l’incapacité à détecter correctement l’objet détecté ou l’incapacité à revenir de l’état détecté. Un problème particulier qui s’est accru ces dernières années est le dysfonctionnement des capteurs de proximité dans les smartphones.

De nombreux smartphones sont conçus pour éteindre l’écran lorsque le téléphone est tenu près de l’oreille pour répondre à un appel. C’est le capteur de proximité qui permet à l’écran de s’éteindre. En effet, le capteur de proximité détecte la proximité d’un objet détectable, dans ce cas, le visage ou l’oreille d’une personne. Par conséquent, si le capteur de proximité fonctionne mal, l’écran ne s’éteindra pas même si le visage est proche, ou même si le téléphone n’est pas en cours d’appel.

Les causes spécifiques de dysfonctionnement du capteur de proximité sont les suivantes :

• Saleté ou débris dans la section du capteur.
• Chattering lors de la sortie.
• Influence du métal environnant.
• Chocs violents.
• Câblage erroné.

Les capteurs de proximité sont caractérisés par le fait que la partie du capteur est facilement affectée par le milieu environnant. C’est pourquoi la partie sensible du capteur de proximité doit être maintenue en sécurité, propre et exempte de tout objet étranger. Les bruits tels que les cliquetis peuvent également avoir un effet négatif, c’est pourquoi il est nécessaire de prendre des mesures telles qu’une mise à la terre complète ou l’insertion d’isolants lors du câblage.

2. Distance de détection des capteurs de proximité

La distance de détection d’un capteur de proximité est la distance entre la position de référence et la détection du signal lorsque l’objet détecté est déplacé selon une méthode et dans des conditions spécifiées. Sa longueur varie selon les spécifications, certaines des plus longues pouvant atteindre 30 mm.

Néanmoins, l’environnement dans lequel les capteurs de proximité sont utilisés n’est pas toujours idéal. Par exemple, les capteurs de proximité utilisés sur les machines-outils peuvent être affectés par le métal environnant, les copeaux, le liquide de refroidissement, etc. La distance de détection peut également être réduite en raison de l’influence de la température et de la tension autour du capteur de proximité, par exemple.

La distance de réglage est la distance à laquelle le capteur de proximité peut être utilisé de manière stable, en tenant compte de l’environnement ambiant. L’on dit généralement que la distance de réglage correspond à 70-80 % de la distance de détection. Lorsque l’on envisage d’utiliser des capteurs de proximité, le choix doit tenir compte de la distance de détection nécessaire à la détection de l’objet et de l’environnement du site d’installation.

Qu’est-ce qu’un capteur de niveau de liquide ?

Les capteurs de niveau de liquide sont des appareils de mesure utilisés pour déterminer la hauteur du niveau de liquide dans les réservoirs et les conteneurs. Cela permet d’y déterminer la quantité restante de liquide. Certains capteurs détectent simplement la présence ou l’absence de liquide, tandis que d’autres peuvent calculer le pourcentage de liquide restant en effectuant des mesures en continu. Ils sont parfois également appelés “capteurs de niveau”. Certains capteurs de liquide peuvent également être détournés pour détecter des particules solides telles que le sable.

Utilisations des capteurs de niveau de liquide

Dans le secteur industriel, les liquides utilisés comme matériaux ou solvants pour le nettoyage sont parfois stockés dans des conteneurs scellés et invisibles. Les capteurs de niveau de liquide sont souvent utilisés pour contrôler le volume restant dans les réservoirs. En particulier dans les grandes installations telles que les usines de raffinage du pétrole et les usines de traitement des eaux, ainsi que dans les usines de production de boissons et de produits alimentaires, et dans la production de pâte à papier, car il n’est pas nécessaire d’ouvrir les conteneurs pour vérifier l’état du liquide à l’intérieur. Ils sont également utilisés pour contrôler non seulement la quantité résiduelle, mais aussi la détérioration et la qualité des liquides.

Principe des capteurs de niveau de liquide

Il en existe plusieurs types, chacun fonctionnant selon un principe différent. Les quatre types les plus courants sont les suivants :

1. Le type à flotteur

Un tube avec un fil intégré est fixé en haut et en bas du réservoir et un flotteur magnétisé. Celui-ci monte et descend en même temps que le niveau de liquide le long du tube, flotte à la surface du liquide. Le niveau de liquide est mesuré à partir de la distance parcourue par le flotteur et le fil à l’intérieur du tube.

2. Le type à ultrasons

La distance entre le capteur et la surface du liquide est mesurée en envoyant une onde ultrasonique vers la surface du liquide, en la faisant réfléchir et en mesurant le temps qu’elle met à être reçue.

3. Le type capacitif

Le capteur est placé à une courte distance de la paroi du réservoir et surveille la capacité entre la paroi et le capteur. S’il y a du liquide entre le capteur et la paroi, la capacité est plus grande. En revanche, si le réservoir est vide, la capacité est plus petite.

On suppose ici que les parois du réservoir sont en métal. Si le liquide n’est pas conducteur, la contribution de la composante capacitive dérivée du liquide augmente avec la hauteur de la surface du liquide.

En général, la permittivité relative des liquides non conducteurs est supérieure à celle de l’air. Cela signifie que la valeur de capacité surveillée est plus importante lorsque la hauteur de la surface du liquide est élevée et plus faible lorsque la hauteur de la surface du liquide est faible. Si cette relation est obtenue à l’avance sous la forme d’une fonction connue, la hauteur de la surface de liquide peut être déterminée à partir des valeurs mesurées réelles de la sortie du capteur.

D’autre part, si le liquide est conducteur, il n’y a pas de composante de capacité dérivée du liquide. Par conséquent, la hauteur de la surface du liquide peut être déterminée de la même manière. C’est-à-dire en recouvrant les électrodes du capteur d’un isolant (diélectrique à permittivité relative constante) et en configurant le capteur de manière à détecter efficacement les variations de la composante de capacité dérivée de l’air sur la base des variations de la hauteur de la surface du liquide.

4. Le type optique

Composé d’une LED infrarouge et d’un récepteur, le système optique est conçu de manière à ce que la lumière infrarouge atteigne le récepteur en l’absence de liquide. Lorsque le capteur est immergé dans le liquide, la lumière ne peut pas atteindre le récepteur en raison de la réfraction. De ce fait, une augmentation du niveau de liquide peut être détectée.

Types de capteurs de niveau de liquide sans contact

Les capteurs de niveau de liquide sans contact connus comprennent les capteurs à ultrasons, à ondes radio, à laser, à rayonnement, gravimétriques et à vision directe.

Les capteurs à ultrasons mesurent le temps nécessaire aux ondes ultrasoniques pour être réfléchies par la surface du liquide. Bien que la mesure soit indépendante du type de liquide, elle est vulnérable à la condensation et aux obstructions.

Les systèmes à ondes radio mesurent le temps que mettent les ondes électromagnétiques à être réfléchies par la surface du liquide. S’ils se caractérisent par une grande résistance à l’environnement, ils sont également coûteux et présentent les inconvénients d’un équipement lourd et de grande taille.

Le type laser utilise un laser à semi-conducteur pour mesurer la réflexion de la lumière sur la surface du liquide. Il se caractérise par un petit diamètre de spot, ce qui signifie qu’il n’est pas affecté par les obstacles dans le réservoir. En revanche, il est coûteux et nécessite un contrôle de sécurité du laser.

Le type radiation utilise la transmission et l’absorption de rayons gamma pour effectuer des mesures. Ils peuvent être utilisés dans des environnements toxiques, chauds et corrosifs. Ils nécessitent cependant des contrôles de sécurité en raison du risque potentiel pour la santé humaine.

Les systèmes gravimétriques mesurent le niveau de liquide en pesant l’ensemble du réservoir. Si cette méthode présente l’avantage de ne pas être affectée par l’intérieur du réservoir, elle est également vulnérable aux variations de la densité du liquide, telles que les bulles.

La méthode visuelle directe est une méthode de contrôle visuel du niveau. Elle est la moins coûteuse à mettre en œuvre, mais elle présente l’inconvénient de nécessiter un nettoyage lorsqu’elle est sale et d’être difficile à automatiser.

Capteurs de niveau de liquide à base d’électrodes

Les capteurs de niveau de liquide à base d’électrodes (contacteurs de niveau) sont des capteurs de niveau électriques sans pièces mobiles. Ils sont largement utilisés pour le contrôle du niveau de liquide à usage général dans diverses industries. Par exemple l’acier, les industries alimentaire, chimique, pharmaceutique et des semi-conducteurs, l’eau agricole, les usines de traitement de l’eau et le traitement des eaux usées.

Lors de la mesure, une tension alternative est appliquée entre l’électrode de terre et l’électrode de détection. Si les électrodes ne sont pas en contact avec le liquide, aucun courant ne circule. Toutefois, si les électrodes sont en contact avec le liquide, un courant circule en conséquence. Ce principe permet de détecter uniquement les liquides conducteurs.

L’appareil se compose d’un porte-électrode, d’un raccord de processus, d’une tige d’électrode et d’une unité de relais. Hormis l’unité de relais, il n’y a pas de composants électroniques ni de pièces mobiles, ce qui en fait une configuration simple.

Qu’est-ce qu’un compteur de fréquence ?

Un compteur de fréquence est un appareil numérique permettant de mesurer les fréquences apparaissant dans les circuits électroniques.

Les signaux électriques peuvent être exprimés en fonction de trois paramètres : la fréquence, l’amplitude et la phase. Il est également possible de déterminer la période par l’inverse de la fréquence, ce qui fait de la mesure de la fréquence un paramètre important dans la mesure de base des signaux électriques.

Un compteur universel est un compteur qui possède plusieurs fonctions supplémentaires en plus du comptage de fréquence, telles que la mesure du rapport cyclique, le temps de montée de l’impulsion et l’intervalle de temps.

Utilisations des compteurs de fréquence

Les compteurs de fréquence sont utilisés comme instruments de mesure de base dans la mesure des signaux électriques, à l’instar des ampèremètres et des voltmètres. Bien que certains produits soient disponibles en tant que compteurs de fréquence autonomes, de nombreux produits ont été développés avec une fonctionnalité de compteur de fréquence faisant partie des fonctionnalités d’appareils ayant de nombreuses fonctions, tels que les multimètres numériques, les oscilloscopes et les analyseurs de spectre optique.

Les compteurs de fréquence se caractérisent par le fait que leur principe est très simple. Comme il est possible de les fabriquer soi-même, des kits sont disponibles auprès de différentes entreprises pour des fréquences de plusieurs dizaines de MHz.

Certains multi-tests sont également équipés d’une gamme permettant de mesurer la fréquence. Ces types d’appareils sont particulièrement utiles sur les sites où il n’est pas possible d’apporter de gros équipements de mesure, car ils sont faciles à manipuler. Toutefois, s’ils ont l’avantage d’être faciles à utiliser, ils présentent l’inconvénient de ne pas convenir aux applications nécessitant des fréquences élevées ou un grand nombre de chiffres significatifs.

La plupart des kits sont basés sur la technologie LSI, il n’est donc pas possible d’apprendre toute la structure, mais on peut en avoir une idée.

Principe d’un compteur de fréquence

Un compteur de fréquence se compose d’un circuit de mise en forme de la forme d’onde, d’une porte, d’un oscillateur à cristal et d’un circuit de comptage.

1. Circuit de mise en forme de l’onde

Convertit le signal d’entrée en un “train d’impulsions”.

2. Oscillateur à cristal

Génère des impulsions avec une largeur de temps fixe. Il génère une fenêtre temporelle (temps de porte) pour mesurer le train d’impulsions susmentionné, et la fenêtre temporelle sert de fenêtre pour mesurer la fréquence.

3. Circuit de mesure

La fréquence du signal original est mesurée en comptant le nombre d’impulsions dans la fenêtre temporelle. La résolution de la mesure de la fréquence est déterminée par la largeur de la fenêtre temporelle générée par l’oscillateur à cristal. La résolution est proportionnelle à l’inverse de la largeur de la fenêtre temporelle, par exemple une fenêtre temporelle de 1 seconde est affichée en unités de 1 Hz, une fenêtre temporelle de 0,1 seconde est affichée en unités de 10 Hz, etc.

Dans les compteurs de fréquence, l’erreur la plus importante se produit au point où le train d’impulsions est généré, en particulier si le signal d’entrée contient du bruit. Cela peut rendre le front de montée de l’impulsion instable ou générer des impulsions supplémentaires qui ne devraient pas être là.

Une méthode a été mise au point pour éviter la génération d’erreurs consiste à effectuer des mesures répétées et à calculer la moyenne des composantes de bruit.

Méthodes de mesure des compteurs de fréquence

Un compteur de fréquence est un appareil qui mesure la fréquence d’un signal d’entrée et affiche le résultat. Il existe deux méthodes de mesure : la méthode directe, facile à mettre en œuvre et utilisée depuis longtemps, et la méthode réciproque, plus coûteuse mais permettant d’obtenir un nombre élevé de chiffres significatifs.

1. Méthode directe

Mesure de la croix du point zéro
Le compteur de fréquence à méthode directe mesure le nombre de fois où la fréquence du signal d’entrée se croise au point zéro. Si le signal d’entrée est une courbe sinusoïdale, le nombre de fois où il traverse le point zéro vers le bas ou vers le haut est compté. L’avantage du compteur de fréquence par méthode directe est qu’il peut être facilement mis en œuvre en utilisant uniquement du matériel. C’est pourquoi cette méthode est utilisée depuis longtemps et le nombre de passages du point zéro par seconde est affiché comme une mesure de la fréquence.

Le compteur de fréquence de la méthode directe se caractérise par le fait qu’une horloge de référence précise est fabriquée à l’intérieur de l’appareil et que le nombre de passages au point zéro est mesuré en ouvrant une fenêtre temporelle pendant ce laps de temps.

Nombre de chiffres significatifs de la mesure
Le nombre de chiffres significatifs d’un compteur de fréquence à méthode directe est déterminé par la largeur de la fenêtre temporelle et la fréquence d’entrée. Par exemple, si la fréquence d’entrée est de 1 GHz et la fenêtre temporelle de 1 seconde, la valeur mesurée est de 1×10^9 et le nombre de chiffres significatifs est de 10. Si la fréquence d’entrée est de 1 kHz, le nombre de chiffres significatifs est de 4, tous deux avec une résolution de 1 Hz.。

Si la largeur de la fenêtre temporelle est augmentée, la résolution augmente, par exemple si la largeur de la fenêtre temporelle est augmentée à 100 s, le nombre de chiffres significatifs est de 6 à 1 kHz et la résolution est de 0,01 Hz. Toutefois, il n’est pas pratique de prendre au moins 100 secondes pour une seule mesure, ce qui réduit considérablement les possibilités d’utilisation. Il faut également tenir compte du fait que les mesures sont toujours sujettes à une erreur quantique de ±1.

Si seuls des signaux à haute fréquence doivent être mesurés, les compteurs de Fréquence à méthode directe peuvent être utilisés sans problème, mais pour augmenter la précision avec la méthode directe, il faut augmenter la largeur de la fenêtre temporelle. Toutefois, l’inconvénient est que l’augmentation de la largeur de la fenêtre temporelle dans la méthode directe augmente également le temps nécessaire pour chaque mesure. Cela se traduit par une efficacité extrêmement faible. Les compteurs de fréquence réciproques sont l’alternative dans ces circonstances.

2. Méthode réciproque

Les compteurs de fréquence réciproques comptent la forme d’onde d’entrée telle quelle ou la divisent par une horloge de référence interne. L’avantage est que l’on peut obtenir un nombre élevé de chiffres significatifs, en particulier lors de la mesure de basses fréquences. Le nombre de chiffres significatifs dans un compteur de fréquence réciproque est déterminé par l’horloge de référence interne et le temps de porte, et n’est pas affecté par la fréquence d’entrée.

Par exemple, si l’horloge de référence interne est de 10 MHz et que le temps de porte est de 1 s, le nombre de chiffres significatifs est de sept. Si la même horloge de référence est utilisée et que le temps de porte est de 10 s, le nombre de chiffres significatifs est de huit. Bien que la méthode réciproque permette d’obtenir un nombre élevé de chiffres significatifs lors de mesures dans le domaine des basses fréquences, le fonctionnement du compteur lui-même est complexe et présente l’inconvénient d’être coûteux.

Qu’est-ce qu’une alimentation linéaire ?

Les alimentations linéaires convertissent le courant alternatif commercial en courant continu et utilisent des alimentations régulées linéaires ou à découpage pour stabiliser le circuit et réduire les fluctuations de tension.

Les alimentations linéaires sont une méthode qui existe depuis l’époque des tubes à vide. Une résistance variable ou un circuit intégré à trois bornes est incorporé dans le circuit pour contrôler en permanence la puissance de l’entrée et réguler la tension de sortie. Elles fonctionnent sous contrôle analogique.

La précision de la tension de sortie est bonne mais l’appareil est grand et lourd. Il présente les caractéristiques d’un faible rendement en raison d’une perte de puissance interne élevée et d’une forte production de chaleur par la résistance variable.

Utilisations des alimentations linéaires

Les alimentations à découpage légères et compactes sont souvent utilisées de nos jours mais les alimentations linéaires sont souvent utilisées pour les petites alimentations de sortie et lorsque le bruit doit être supprimé.

Bien que plus grandes, elles sont moins bruyantes et sont utilisées dans les instruments de mesure, les équipements médicaux et l’audio haut de gamme. Elles sont également utilisées dans les téléphones sans fil, les haut-parleurs des ordinateurs de bureau, les outils électriques, etc. Les alimentations linéaires utilisant des circuits intégrés à trois bornes ont été particulièrement populaires en raison de leur taille relativement petite et de leur facilité d’utilisation.

Principe des alimentations linéaires

Les alimentations linéaires ont une structure de circuit simple et un faible niveau de bruit. Une alimentation en courant alternatif commerciale est extraite et une résistance variable est placée en série pour éliminer l’excès de tension et former une alimentation en courant continu. La tension éliminée se transforme en énergie thermique dans la résistance, ce qui augmente la quantité de chaleur générée. Par conséquent, un dissipateur thermique est nécessaire au niveau du régulateur.

Le circuit a une structure simple puisqu’il n’utilise que des résistances, mais la chaleur ne peut pas être contrôlée.

Il existe des régulateurs en série et des régulateurs en dérivation mais les régulateurs en série sont généralement utilisés. Quant aux régulateurs en dérivation, ils le sont dans des utilisations limitées. Les diodes Zener et les circuits intégrés à trois bornes sont utilisés.

En fonction de l’utilisation, il est nécessaire d’examiner si la chaleur générée par les alimentations linéaires peut être supportée. De plus, le bruit d’une alimentation linéaire peut être supprimé à un niveau inférieur à celui d’une alimentation à découpage et la qualité du son peut être améliorée. Par conséquent, si vous êtes un amateur d’équipement audio, vous pouvez fabriquer votre propre alimentation linéaire pour obtenir la qualité sonore que vous souhaitez.

Mise à la terre des transformateurs antiparasites

Il existe des mesures pour éviter le bruit entre la masse d’un circuit électrique et la terre, même lorsque les potentiels sont différents ou que la terre n’est pas utilisable. Même dans ces cas, essayez d’abord d’installer un transformateur antiparasite. Si cela ne semble pas fonctionner, la première chose à faire est de s’assurer que la zone où le transformateur antiparasite est installé est en contact avec le sol sur une surface aussi grande que possible. La seconde consiste à faire des câbles d’entrée et de sortie des fils blindés qui peuvent faire écran au bruit, et à installer ce fil blindé et le boîtier du transformateur de coupure du bruit sur une grande surface. Les opérations ci-dessus devraient améliorer la réjection du bruit.

Structure d’un transformateur de réduction du bruit

Cette section décrit la structure d’un transformateur de réduction du bruit. Auparavant, lorsqu’on veut réduire le bruit, la mesure généralement prise est d’isoler la source du bruit. En isolant la source, le bruit n’aura pratiquement aucun effet sur elle. Les mesures d’isolation proprement dites sont, dans la plupart des cas, un photocoupleur dans le circuit. Une autre méthode pour les cas où un photocoupleur n’est pas utilisé est l’utilisation d’un transformateur d’isolation. Du point de vue des coûts et de l’espace, il est largement préférable d’utiliser un photocoupleur sur la carte, mais si une carte ne peut pas être utilisée, un transformateur d’isolation est utilisé.

Toutefois, l’enroulement secondaire est également affecté par le bruit de l’enroulement primaire. C’est là qu’interviennent les transformateurs antiparasites. Ce transformateur n’est pas seulement un transformateur d’isolement, mais aussi un transformateur de blocage des ondes de défaut. Les détails de son principe et de son fonctionnement sont omis ici, mais sa structure est présentée ici.

Les caractéristiques structurelles du transformateur antiparasite sont, outre la structure conventionnelle d’un transformateur isolé, une plaque de blindage électromagnétique multiple encerclant la circonférence extérieure du transformateur à bobine. C’est la caractéristique la plus importante. De plus, la disposition de la bobine, le matériau et la forme du noyau sont conçus de manière à ce que le flux magnétique du bruit à haute fréquence ne s’imbrique pas l’un dans l’autre. Cela empêche ainsi la transmission du bruit par couplage de capacité distribuée et induction électromagnétique, ce qui en fait un transformateur extrêmement performant en termes d’isolation du bruit.

Qu’est-ce qu’une carte d’évaluation ?

Une carte d’évaluation est une carte électronique comportant des circuits intégrés, des circuits aux fonctions spécifiques et des bornes d’entrée/sortie.

Elle est également appelée carte de référence. Il existe des cartes d’évaluation pour les processeurs, proposées par les fabricants de semi-conducteurs, et des cartes de développement pour les micro-ordinateurs (cartes cibles), proposées par les fabricants de micro-ordinateurs.

Utilisations des cartes d’évaluation

Les cartes d’évaluation sont utilisées pour vérifier les performances des circuits intégrés montés et la compatibilité des circuits, ainsi que pour le développement du matériel et des logiciels. Il est nécessaire de choisir une carte d’évaluation avec des circuits intégrés et des composants électroniques adaptés à l’utilisation prévue.

Voici quelques exemples d’utilisation des cartes d’évaluation :

• Fabricants d’équipements (évaluation)
  Pour évaluer les performances des circuits intégrés et des circuits montés et pour vérifier la compatibilité.
• Fabricants d’équipements (développement)
  Pour développer de nouveaux produits et logiciels en peu de temps et à faible coût à l’aide de cartes d’évaluation.
• Établissements d’enseignement, étudiants, grand public
  Pour l’apprentissage de l’électronique, des circuits électriques, de la programmation, etc.

Une grande variété de cartes d’évaluation est disponible auprès de divers fabricants de semi-conducteurs :

• Systèmes automobiles.
• Caméras vidéo.
• Robots industriels.
• Communications terrestres/satellites.
• Terminaux de communication mobile.
• Aérospatiale.

Elles sont utilisées pour l’évaluation d’une large gamme de produits, depuis ceux proches des appareils ménagers familiers jusqu’à ceux liés aux robots et aux satellites.

Principe des cartes d’évaluation

Le principe de fonctionnement est le suivant : lorsque l’alimentation est fournie, le microcontrôleur fonctionne selon le programme écrit dans la mémoire du microcontrôleur. Le programme peut être réécrit à volonté et le code source du programme créé sur un PC est écrit dans la zone mémoire du microcontrôleur à l’aide d’un logiciel appelé “writer”.

Le matériel utilisé pour soutenir le processus de débogage est un émulateur. Les émulateurs sont connectés à une carte d’évaluation.

Configuration de la carte d’évaluation

Une carte d’évaluation est généralement une simple carte de circuit imprimé contenant des puces électroniques, des dispositifs de communication, des capteurs, des terminaux d’entrée/sortie, etc. Il existe différents types de cartes d’évaluation en fonction des composants qui y sont montés, mais les cartes d’évaluation de microcontrôleurs vendues par les fabricants de microcontrôleurs sont largement utilisées.

Les cartes d’évaluation de microcontrôleurs sont utilisées pour évaluer et expérimenter les fonctions et les caractéristiques du circuit du microcontrôleur sur lequel elles sont montées.

1. Microcontrôleur

Un microcontrôleur est un LSI qui permet d’écrire des programmes et de les combiner avec d’autres circuits pour effectuer des opérations arbitraires. Il se compose d’un processeur qui exécute divers processus, ainsi que d’une mémoire flash et d’une mémoire SRAM pour l’écriture des programmes.

2. Circuit intégré d’alimentation

Un circuit intégré qui produit la tension nécessaire au fonctionnement d’un microcontrôleur à partir d’une tension d’alimentation de 100 V AC.

3. Horloge

Un oscillateur avec une fréquence spécifique qui fait fonctionner le microcontrôleur. Il est parfois intégré au microcontrôleur.

4. Dispositifs de communication

Bornes USB et LAN pour la communication avec des PC externes dans le cadre de la programmation.

5. Terminaux d’entrée/sortie

Broches USB pour la communication/l’alimentation et broches d’entrée/sortie (E/S) pour l’envoi de données à des interfaces externes.

Les fonctions de débogage comprennent des LED et des boutons de réinitialisation pour vérifier visuellement l’état du microcontrôleur, des interrupteurs pour les opérations de commutation, des capteurs pour mesurer les informations externes et un écran à 7 segments pour afficher les données collectées.

Autres informations sur la carte d’évaluation

1. ICE (In Circuit Emurator)

Il peut assumer la fonction d’une unité centrale et peut être attaché à la carte en cours de développement à la place de l’unité centrale pour permettre la vérification du fonctionnement du programme. Comme il n’y a pas de microcontrôleur sur la carte cible, l’ICE lui-même dispose d’une puce d’émulation et d’une mémoire, et la carte cible est responsable du fonctionnement des circuits périphériques. Des fonctions de débogage avancées telles que le traçage en temps réel peuvent être utilisées.

En général, des exemples de programmes permettant de faire fonctionner la carte d’évaluation du microcontrôleur sont souvent inclus.

2. Comment utiliser la carte d’évaluation

Les cartes d’évaluation sont souvent connectées à un PC à des fins d’évaluation. L’interface est généralement USB, RS232C ou d’autres terminaux dont le PC est équipé.

La carte peut être alimentée par un adaptateur CA qui peut être branché sur une prise domestique générale de 100 V, ou par un câble qui se connecte à une unité d’alimentation telle qu’une alimentation régulée au lieu d’un adaptateur CA, en vue d’une évaluation due à des changements de tension.

L’environnement du PC d’évaluation est souvent fourni par le fabricant de la carte d’évaluation, à l’aide d’un progiciel spécifique à cette carte d’évaluation. Toutefois, le fabricant ou l’autre partie qui a reçu la livraison peut également préparer son propre logiciel d’évaluation.

De plus, comme les formes d’onde sont souvent mesurées à l’aide d’équipements de mesure tels que des oscilloscopes et des analyseurs logistiques, certaines cartes d’évaluation peuvent être dotées de bornes permettant de connecter ces équipements à l’avance.

3. Prix des cartes d’évaluation

Les prix varient considérablement en fonction du fabricant de semi-conducteurs et de l’objectif. Certaines petites cartes dédiées uniquement au développement de technologies sans fil telles que la RFID coûtent moins de 28 euros. Bon nombre de ces cartes peuvent être achetées pour environ 700 euros. Cela permet de préparer le coût de l’introduction à des fins d’apprentissage dans une fourchette raisonnable.

Il convient de noter que si un fabricant commande un système entièrement personnalisé pour le développement de ses propres produits, cela dépendra du devis du fabricant de semi-conducteurs.

Qu’est-ce qu’un relais de contrôle ?

Un relais de contrôle est un composant qui reçoit un signal électrique et émet un signal numérique pour contrôler une machine.

Ils sont ainsi nommés parce que la façon dont une entrée est générée et affecte une autre sortie rappelle celle d’un relais à matraque.

Utilisations des relais de contrôle

Les relais de contrôle sont l’un des composants les plus utilisés dans l’industrie et dans la vie quotidienne. Voici quelques exemples d’utilisations des relais de contrôle :

• Pour la commande d’équipements de transport automatique.
• Dans les automates programmables industriels (API).
• A l’intérieur d’ordinateurs personnels.
• Dans les appareils ménagers tels que les climatiseurs et les aspirateurs automatiques.
• Dans les véhicules de transport tels que les voitures et les motos.

Principalement utilisés pour transmettre des signaux d’entrée provenant de capteurs et de boutons-poussoirs à un autre dispositif. Parce qu’ils sont utilisés là où le contrôle est effectué, ils sont utilisés non seulement dans les équipements industriels, mais aussi dans les appareils électriques.

Si le système de contrôle est complexe, il faut plusieurs centaines de points pour le reproduire à l’aide de relais de contrôle, ce qui est compliqué, d’où l’utilisation d’automates et de PC pour calculer la sortie. En revanche, si quelques relais seulement sont utilisés, il est moins coûteux et plus facile d’introduire le contrôle à l’aide de relais électromagnétiques.

Principe des relais de contrôle

Il existe deux types de relais de contrôle, qui peuvent être divisés en relais avec contacts et en relais sans contacts.

1. Relais à contact

Les relais à contact sont des relais qui actionnent mécaniquement leurs contacts pour émettre un signal de contact. En raison de leur principe de fonctionnement, ils sont également appelés relais mécaniques. Ils sont constitués de bobines électromagnétiques et de contacts.

Lorsqu’un signal de tension d’entrée est reçu, la bobine électromagnétique interne est excitée. La bobine électromagnétique excitée agit comme un électro-aimant et actionne le contact mobile, qui se déplace en même temps que la bande de fer mobile. Le contact mobile est mis en contact ou éloigné du contact fixe et émet un signal de contact électrique.

Lorsque la tension d’entrée est supprimée, les contacts reviennent à leur position en étant repoussés par un ressort de rappel interne. La bobine électromagnétique est constituée d’un fil de cuivre enroulé autour d’un noyau de fer, qui est verni pour l’isolation.

Des alliages d’argent ou d’or sont également utilisés sur les contacts pour réduire la résistance électrique. Ils sont généralement protégés par un boîtier ou un dispositif similaire afin d’éviter tout contact humain.

2. Relais sans contact

Les relais sans contact sont des composants qui utilisent des semi-conducteurs pour émettre un signal de contact sans actionner physiquement les contacts. En raison de leur principe de fonctionnement, ils sont également appelés relais statiques. Le principal composant d’un relais statique est le photocoupleur.

Tout d’abord, lorsqu’une tension est appliquée à la borne d’entrée, la LED à l’intérieur du photocoupleur est excitée : la LED génère de la lumière qui est dirigée vers un élément interne sensible à la lumière. L’élément récepteur de lumière utilise un phototransistor conducteur de lumière, qui émet un signal de contact au moyen de la lumière provenant de la LED.

La caractéristique des relais sans contact est qu’il n’y a pas de contact mécanique comme dans le cas des relais à contact. Il n’y a donc pas d’usure du métal due aux opérations d’ouverture et de fermeture. La vitesse de transmission est également élevée, ce qui les rend adaptés aux opérations d’ouverture et de fermeture à grande vitesse et à haute fréquence. Parmi les autres caractéristiques, citons une bonne isolation, l’absence de nécessité de supprimer le bruit, la facilité de miniaturisation et l’absence totale de bruit de fonctionnement.

Toutefois, l’inconvénient est que l’élément semi-conducteur se rompt rapidement si une tension ou un courant supérieur à la valeur nominale est appliqué. Ils sont vulnérables à la chaleur et nécessitent des mesures de dissipation thermique adéquates. Ils sont également plus chers que les relais de contact.

Types de relais de contrôle

Il existe trois types de contacts de relais de contrôle

1. Contact a

Le contact a est un contact qui est ouvert lorsqu’aucun signal n’est envoyé à la borne d’entrée et qui est conducteur lorsqu’une entrée est reçue. Il est également appelé contact normalement ouvert ou contact de fermeture. Il s’agit du contact le plus courant qui assure uniquement l’isolation du signal.

2. Contact b

Le contact b est un contact qui conduit lorsqu’aucun signal n’est envoyé à la borne d’entrée et qui s’ouvre lorsqu’un signal est envoyé. Il est également appelé contact normalement fermé ou contact à rupture.

Il se caractérise par un mouvement opposé à celui du contact a et peut inverser le signal d’entrée. Il est souvent utilisé dans les circuits d’interverrouillage et les circuits d’interruption des défauts.

3. Contact c (contact de transfert)

Le contact c est un contact à trois bornes combinant un contact a et un contact b. Il possède trois bornes : une borne commune, une borne de contact a et une borne de contact b. Lorsqu’aucun signal n’est envoyé aux bornes d’entrée, il y a continuité entre les bornes de contact commun et b et la borne de contact commun-a est ouverte.

Lorsqu’un signal est envoyé aux bornes d’entrée, la borne de contact commun-b est ouverte et la borne de contact commun-a est conductrice. Il est utilisé, par exemple, dans les circuits de commutation entre la rotation avant et la rotation arrière. Une autre caractéristique est que le contact c n’est applicable qu’aux relais de contact.

Qu’est-ce qu’un servomoteur à courant continu ?

Les servomoteurs à courant continu sont des servomoteurs qui fonctionnent avec du courant continu.

Les servomoteurs sont des moteurs qui reproduisent des mouvements précis en réponse à des signaux de commande et sont utilisés dans les équipements de précision, etc. Les servomoteurs à courant continu détectent et contrôlent la vitesse et la position du moteur, c’est pourquoi ils sont généralement équipés d’un encodeur, d’un résolveur ou d’un autre capteur qui détecte la vitesse et la position et le moteur en une seule pièce. Les servomoteurs à courant continu sont utilisés pour contrôler la vitesse et la position du moteur.

Pour faire tourner un moteur à courant continu, le courant fourni au moteur doit être transmis à l’arbre rotatif par un composant appelé balai, ce qui provoque une usure due à l’usure du balai, nécessitant un entretien régulier.

Utilisations des servomoteurs à courant continu

Les servomoteurs à courant continu sont souvent utilisés dans les robots industriels qui nécessitent un contrôle précis. Ils délivrent la vitesse et le couple en réponse aux signaux émis par le contrôleur d’un robot industriel plus rapidement que les moteurs à usage général. Ils servent d’actionneurs pour le mouvement précis des bras de robots et autres.

Les servomoteurs à courant continu sont également utilisés pour l’entraînement de l’angle de braquage des véhicules radiocommandés, l’entraînement de l’axe XYZ des machines-outils, l’entraînement de positionnement des équipements de précision, etc. Il est important de sélectionner un servomoteur à courant continu en fonction du niveau de sortie et de la capacité de couple, de la précision et de la vitesse de réponse exigés par l’équipement à utiliser.

Principe des servomoteurs à courant continu

Un servomoteur à courant continu se compose d’un moteur, d’un codeur et d’un contrôleur. Il est constitué d’un aimant permanent, d’un rotor divisé en deux ou plusieurs parties, de bobines enroulées autour de chaque noyau de fer, d’électrodes et de balais qui font passer le courant à travers les bobines.

Le principe de fonctionnement d’un servomoteur à courant continu est expliqué séparément pour le moteur et les autres fonctions.

1. Moteur

Le moteur est entraîné par la force de Lorentz générée par deux sources – le courant circulant dans la bobine et le champ magnétique de l’aimant permanent – qui fait tourner le noyau de fer. Ici, lorsque le courant passe dans les bobines, le courant continu provenant de l’extérieur passe par les balais jusqu’au noyau de fer et est transmis aux bobines. Comme le courant est transmis directement aux bobines, la force de Lorentz peut être rapidement contrôlée et la vitesse de réponse est rapide.

2. Autres fonctions

Les servomoteurs à courant continu font tourner le moteur pour atteindre une valeur cible commandée au moyen d’un signal de commande transmis par un contrôleur externe. Le codeur fixé au moteur envoie des informations sur la vitesse et la position au contrôleur. Il effectue un contrôle en retour sur la base des informations de position et de vitesse du codeur en réponse aux commandes envoyées par le contrôleur. De la sorte, la vitesse de rotation et la position de rotation du moteur s’approchent des valeurs cibles.

Commande de servomoteurs à courant continu

Les servomoteurs à courant continu peuvent être commandés des trois manières suivantes.

1. Contrôle de la position

Les servomoteurs à courant continu sont équipés d’un encodeur, un capteur qui détecte l’angle de rotation et la position, et renvoie la vitesse de rotation et la position au contrôleur. Si une déviation de la position par rapport à la position de commande est détectée, une commande de correction de position est émise en appliquant un gain au montant de la déviation. Cela permet un contrôle très précis pour déplacer le moteur jusqu’à la position souhaitée et arrêter le moteur.

2. Contrôle de la vitesse

La manière la plus simple de contrôler la vitesse d’un moteur à courant continu est de faire varier la tension appliquée au moteur. La vitesse peut être contrôlée en connectant une résistance variable pour contrôler la tension appliquée au moteur.

Pour les servomoteurs à courant continu, au lieu d’une résistance variable, la tension appliquée au moteur est contrôlée par un pont en H composé de semi-conducteurs de puissance tels que des IGBT et des FET. Ils sont incorporés dans l’amplificateur du servomoteur.

D’autre part, le contrôle de la vitesse des moteurs à courant alternatif nécessite de modifier non seulement la tension appliquée au moteur, mais aussi la fréquence d’entraînement, alors que les moteurs à courant continu ne modifient que la tension. Aussi, les moteurs à courant continu sont largement utilisés dans les petits moteurs pour le contrôle de la vitesse.

3. Contrôle du couple

Le courant est détecté à partir de la valeur de la tension du capteur de courant ou de la résistance de shunt de courant. Le courant est contrôlé pour maintenir le couple à une valeur constante en renvoyant une commande de courant.

Autres informations sur les servomoteurs à courant continu

Types de servomoteurs

Les servomoteurs sont construits pour être plus durables que les moteurs ordinaires afin de fonctionner de manière répétée même dans des environnements difficiles. Ils peuvent être classés en deux catégories : les servomoteurs à courant continu et les servomoteurs à courant alternatif.

1. Servomoteurs à courant continu
Les servomoteurs à courant continu sont des servomoteurs entraînés par une alimentation en courant continu. Les servomoteurs à courant continu sont utilisés dans une grande variété d’utilisations car, par rapport aux moteurs à courant alternatif, ils se caractérisent par un contrôle plus facile de la rotation, un rendement plus élevé et une structure mécanique plus simple. Ils sont donc moins coûteux. Toutefois, les servomoteurs à courant continu présentent l’inconvénient d’avoir des pièces d’usure mécaniques appelées “balais”. Elles doivent être remplacées et entretenues régulièrement.

2. Servomoteurs à courant alternatif
Les servomoteurs à courant alternatif sont des servomoteurs entraînés par une alimentation en courant alternatif et sont plus complexes à contrôler que les moteurs à courant continu. Cependant, ils sont utilisés dans les équipements de la plupart des domaines industriels en raison de leur grande praticité, par exemple dans les robots plus petits et plus légers, ainsi que des progrès de la technologie de contrôle.

Il existe deux types de moteurs à courant alternatif : les moteurs synchrones (SM) à aimants permanents et les moteurs à induction (IM) sans aimants permanents. Les moteurs synchrones sont actuellement les plus utilisés.

Qu’est-ce qu’un moteur à induction ?

Les moteurs à induction sont des moteurs qui fonctionnent avec du courant alternatif et qui sont alimentés par la force générée par l’induction électromagnétique.

C’est pourquoi ils sont également appelés moteurs à courant alternatif, le terme AC signifiant courant alternatif. Les moteurs à induction font partie des moteurs les plus anciens. Ils ont une structure simple et fonctionnent simplement en se connectant à une source d’alimentation en courant alternatif, sans conversion d’énergie particulière.

Ils combinent donc une grande fiabilité et une longue durée de vie, et sont encore largement utilisés aujourd’hui. Autre avantage, ils n’utilisent pas d’aimants contenant des métaux rares, ce qui leur assure une rotation très efficace à faible coût.

Utilisations des moteurs à induction

Les moteurs à induction sont utilisés dans un large éventail de situations, des appareils ménagers tels que les machines à laver et les ventilateurs aux gros équipements de production dans les usines : plus la capacité est grande, plus le rendement est élevé.

En modifiant les caractéristiques du moteur, celui-ci peut également être utilisé comme source d’énergie pour des équipements nécessitant un couple de démarrage élevé, tels que les portes automatiques, ou pour des équipements nécessitant un couple d’arrêt élevé, tels que les broyeurs.

Principe du moteur à induction

Les moteurs à induction peuvent être divisés en deux catégories principales, les moteurs triphasés et les moteurs monophasés, en fonction du courant alternatif.

1. Moteurs triphasés

Les moteurs à induction sont constitués d’un “stator”, et d’un “rotor”. Le stator comporte des bobines qui conduisent le courant alternatif triphasé. Le rotor comporte un câblage en forme de cage qui conduit le courant par induction électromagnétique à partir du champ magnétique rotatif.

Lorsque ce champ magnétique traverse le câblage en forme de cage incorporé dans le rotor, qui est un conducteur, une tension est générée conformément à l’induction électromagnétique. Cela entraîne la circulation d’un courant dans le câblage en forme de cage, qui interagit à son tour avec le champ magnétique rotatif du stator pour produire un couple. La rotation du rotor se rapproche asymptotiquement de la vitesse du champ magnétique rotatif généré par le stator, sans jamais l’égaler.

Le rapport entre les vitesses des champs magnétiques tournants du rotor et du stator à ce moment-là est appelé “glissement” et constitue l’un des principaux facteurs déterminant les caractéristiques de couple des moteurs à Induction.

2. Moteurs monophasés

Pour faire tourner un moteur à courant alternatif monophasé, il faut générer un champ magnétique tournant. Un condensateur est donc incorporé dans l’enroulement auxiliaire du moteur. L’enroulement principal est connecté directement à l’alimentation électrique et l’enroulement auxiliaire est connecté à l’alimentation électrique via un condensateur pour générer le champ magnétique rotatif.

Lorsqu’un courant alternatif monophasé est connecté à l’enroulement principal et à l’enroulement auxiliaire via un condensateur, le courant dans l’enroulement auxiliaire est en avance de 90° sur le courant dans l’enroulement principal. Ces deux courants, décalés de 90°, génèrent un champ magnétique rotatif et le moteur gagne en puissance de rotation.

Autres informations sur les moteurs à induction

1. Vitesse de rotation du moteur à induction

La vitesse de rotation nominale d’un moteur à induction est calculée à partir de la formule suivante

N (tr/min) = 120/p (nombre de pôles) × f (Hz)

où p est le nombre de pôles du moteur et f la fréquence de l’alimentation électrique. Plus le nombre de pôles est faible, plus le moteur tourne vite, et plus la fréquence de l’alimentation électrique est élevée, plus la vitesse de rotation est élevée. Au Japon, l’alimentation électrique commerciale est de 60 Hz dans l’ouest du pays et de 50 Hz dans l’est. Si un moteur doit fonctionner sur une alimentation électrique commerciale, la vitesse de rotation nominale sera fonction du nombre de pôles.

De plus, les moteurs à induction ont un glissement, ce qui signifie que la vitesse de rotation diminue progressivement en fonction du couple de charge, et la vitesse de rotation réelle, où s est le glissement, est la suivante

N(1-s) (tr/min)

2. Contrôle de la vitesse du moteur à induction

La vitesse nominale d’un moteur à induction dépend de la fréquence de l’alimentation électrique et du nombre de pôles, comme indiqué précédemment. Cependant, selon le type de moteur et d’alimentation, la vitesse de rotation peut être modifiée. Le contrôle de la vitesse des moteurs à Induction est mis en œuvre de la manière suivante

Utilisation de moteurs à changement de pôles
Le moteur à changement de pôles est un moteur dont le nombre de pôles peut être déterminé par la méthode de câblage. Les inconvénients sont que le moteur lui-même devient plus grand et moins polyvalent. La vitesse de rotation ne peut varier que par paliers en fonction du nombre de pôles.

Contrôle de la résistance des moteurs bobinés
Le contrôle de la vitesse est possible avec les moteurs à induction bobinés. Le principe est le suivant : le moteur possède des bobines au lieu d’une cage dans le rotor. En faisant passer un courant à travers une résistance dans le bobinage (bobinage secondaire), le glissement est augmenté et la vitesse peut être ralentie davantage par rapport à la valeur nominale. Cette méthode présente toutefois l’inconvénient de nécessiter une résistance.

Il faut également une bague collectrice séparée pour faire passer le courant dans l’enroulement du rotor en rotation, ce qui augmente le nombre de composants et les coûts de maintenance. Les pertes d’énergie sont également importantes en raison de la chaleur dégagée par la résistance.

Contrôle de la vitesse de rotation à l’aide d’accouplements hydrauliques
Une accélération en douceur, par exemple au démarrage, peut être obtenue à l’aide d’un accouplement de fluides qui relie l’arbre moteur et l’arbre entraîné sous l’effet de la pression hydraulique.

Comme l’arbre moteur et l’arbre entraîné sont reliés par un fluide, l’accouplement fluidique absorbe d’importantes fluctuations de charge. Cependant, l’inconvénient est que l’arbre moteur et l’arbre entraîné ne sont pas reliés de manière rigide, de sorte que l’huile est agitée, ce qui provoque un échauffement de l’huile et des pertes.

Contrôle de la vitesse de rotation par convertisseur
Actuellement, les moteurs à induction sont généralement régulés en vitesse par des onduleurs. Une alimentation en courant alternatif triphasé avec une tension et une fréquence fixes est contrôlée par la commutation d’un pont triphasé utilisant des dispositifs de puissance tels que les IGBT pour faire varier la vitesse du moteur. En faisant varier la tension en même temps que la fréquence, le moteur peut être entraîné avec un couple constant.

La perte d’énergie est également extrêmement faible, à seulement quelques pour cent de l’énergie d’entraînement, grâce aux améliorations des semi-conducteurs et de la technologie de contrôle. Celle-ci est la plus largement utilisée pour contrôler la vitesse de rotation des moteurs à induction à une époque où les objectifs de développement durable sont activement préconisés..