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Qu’est-ce qu’un module laser ?

Un module laser est un ensemble de dispositifs permettant de produire les sources de lumière laser nécessaires à divers appareils fonctionnant au laser.

Aujourd’hui, de nombreux appareils utilisent des lasers. Les sources de lumière laser sont indispensables, en particulier pour les appareils de mesure et de détection de position, ainsi que pour divers capteurs. La plupart des lasers utilisés pour faire des mesures sont des lasers bleus, verts ou rouges dans le domaine de la lumière visible. Il existe également des lasers utilisés pour des applications de traitement qui s’écartent de cette gamme de longueurs d’onde, classés en fonction de leur dangerosité.

Utilisations des modules laser

Les utilisations des modules laser varient en fonction de leur longueur d’onde. En général, ils sont utilisés pour des mesures, comme source lumineuse pour les pointeurs et les lecteurs de DVD, pour le câblage des composants semi-conducteurs et pour l’impression de marques sur la résine et d’autres matériaux dans les produits.

Les lasers rouges sont principalement utilisés dans les instruments de mesure tels que les microscopes et les interféromètres. C’est pourquoi de nombreux modules laser capables de faire osciller de manière stable des lasers rouges pour des appareils de mesure sont désormais disponibles dans le commerce. Comme les sources de lumière dans le domaine de la lumière visible sont relativement sûres si elles ne sont pas fortement amplifiées, elles sont également utilisées dans les pointeurs laser et les projecteurs.

D’autre part, des lasers de différentes longueurs d’onde sont utilisés dans les machines de traitement laser. En fonction de leur longueur d’onde, les matériaux qui peuvent être traités et les dommages causés à la pièce varient.

Principe du module laser

Le principe du module laser réside dans l’utilisation d’éléments adaptés à la longueur d’onde et à la phase de la lumière laser requise, et dans l’utilisation de transitions physiques dans les niveaux d’énergie des éléments, appelées émissions induites, afin de faire correspondre la longueur d’onde et la phase de la lumière.

Pour obtenir une lumière d’une longueur d’onde spécifique, un milieu composé d’un élément est préparé. Lorsque cet élément abaisse son niveau à partir d’un état excité, il émet une certaine quantité d’énergie électromagnétique. Cela produit une source lumineuse d’une longueur d’onde correspondant à cette énergie.

Afin d’aligner la phase de cette source lumineuse dans le module laser, il est nécessaire d’abaisser les niveaux de nombreux éléments excités en même temps. Pour ce faire, l’on utilise un phénomène physique appelé émission induite. L’émission induite est un phénomène par lequel, lorsque la lumière correspondant à la différence d’énergie entre les niveaux excités et définis d’un élément est incidente, les électrons de cette zone émettent également de l’énergie en réponse. Ce phénomène produit une lumière de même phase.

Afin d’effectuer plusieurs de ces émissions induites en même temps, le module laser est construit de manière à ce que l’ensemble de l’élément soit excité en même temps et que le cycle d’émission induite soit répété pour produire une source de lumière laser à une longueur d’onde fixe.

Autres informations sur les modules laser

1. Classification des sources laser

Les sources lumineuses laser sont classées en fonction de leur gestion de la sécurité, et sont classées de la classe 1 à la classe 4. Par exemple, la classe 1 ne pose pas de problème de sécurité et aucune mesure particulière n’est requise. La classe 4 est un laser haute puissance qui traite des ondes entretenues de 0,5 W ou plus, et suscite des inquiétudes quant aux brûlures et aux lésions de la peau et des yeux, même si la lumière est réfléchie.

Des mesures de sécurité adéquates, y compris un équipement de protection, sont requises et le produit porte généralement une étiquette d’avertissement correspondant à sa classe de laser. Certains produits sont équipés de couvercles de protection, y compris de dispositifs de verrouillage, de sorte que même les lasers équivalents à la classe 4 peuvent être manipulés comme des lasers de classe 1. Il est important de vérifier soigneusement les spécifications du module laser et les détails spécifiques.

2. Exemples de longueurs d’onde des modules laser

Les longueurs d’onde des modules laser sont commercialisées en différentes valeurs. La lumière visible est utilisée dans des applications allant de la limite inférieure du violet, autour de 380 nm, au rouge, autour de 780 nm, et les lasers rouges sont largement utilisés pour les applications de pointeur et les instruments de mesure.

D’autre part, un exemple typique de source laser pour les applications de traitement est le laser CO2, qui a les plus grandes longueurs d’onde de 10,6um et 9,6um.

Qu’est-ce qu’un capteur laser ?

Un capteur laser est un dispositif de détection sans contact qui utilise un laser pour mesurer la distance entre l’objet à mesurer et le capteur, ainsi que l’épaisseur et la hauteur de l’objet lui-même.

Comme il s’agit d’un dispositif de détection couramment utilisé, il existe différentes méthodes de mesure et différentes précisions.

Utilisations des capteurs laser

Les capteurs laser peuvent être utilisés pour mesurer la distance par rapport à des objets à mesurer, tels que des équipements de traitement et de transport, lorsqu’il est nécessaire de connaître avec précision la distance par rapport à l’objet. Ils sont également utilisés dans des situations où des informations sur l’épaisseur de l’objet à mesurer sont nécessaires, par exemple lors d’inspections de l’aspect des produits.

La mesure de l’épaisseur peut être effectuée à l’aide de pieds à coulisse à contact, mais si l’objet a une forme complexe ou s’il n’est pas pratique de le toucher, un capteur laser sans contact peut être utilisé pour un contrôle non destructif.

Principe des capteurs laser

En principe, les capteurs laser permettent une mesure sans contact, mais il existe plusieurs méthodes différentes. Pour mesurer la distance par rapport à un certain objet à mesurer, on utilise soit des capteurs laser à réflexion diffuse, soit des capteurs laser à réflexion positive.

Dans les deux cas, la lumière de la source laser est réfléchie sur la surface de l’objet à mesurer et la distance est déterminée par la détection de la lumière réfléchie au niveau du récepteur de lumière. La zone photosensible a une certaine largeur et varie en fonction de l’angle de la lumière réfléchie. Lorsque la zone photosensible change, un courant électrique correspondant est détecté et cette information est utilisée pour la convertir en valeur de distance.

En raison de sa structure, si la source lumineuse est incidente sur la surface de l’objet à mesurer qui est inclinée au-delà d’un certain angle, elle ne peut pas être détectée car la lumière réfléchie ne retourne pas à la zone photosensible. Cette inclinaison admissible dépend de la conception du capteur de déplacement, et les capteurs laser à réflexion diffuse ont généralement un angle de détection plus large.

Comment choisir un capteur laser

Tout d’abord, il convient de vérifier si l’application est la détection de distance ou l’acquisition d’informations sur la forme, telles que l’épaisseur et la hauteur. S’il s’agit d’une détection de distance, déterminez l’inclinaison de la surface de l’objet à mesurer et sélectionnez un produit capable de mesurer au-dessus de cet angle parmi ceux qui correspondent à cette plage de mesure. Pour les mesures d’épaisseur, vérifiez la plage de détection.

Les spécifications de résolution, de précision de détection et de linéarité sont ensuite sélectionnées en fonction de la précision souhaitée pour la mesure elle-même. Tous ces facteurs influencent la précision de la mesure et, en général, plus la précision est élevée, plus le produit est cher.

Outre la précision de la mesure, il convient également de vérifier si l’appareil lui-même peut être installé. S’il n’y a pas assez de place dans la zone de montage, vous devrez peut-être choisir des capteurs laser plus petits.

Autres informations sur les capteurs laser

1. Systèmes de sécurité avec capteurs laser

Les capteurs de sécurité sont des systèmes qui peuvent être utilisés pour empêcher l’intrusion de personnes suspectes. Ils sont utilisés dans toutes sortes d’endroits, tels que les appartements, les bureaux et les usines, et sont conçus pour déclencher une alarme lorsqu’un intrus touche le capteur. Les capteurs laser sont les capteurs de sécurité les plus couramment utilisés aujourd’hui.

Les capteurs laser sont disponibles en deux types de détection : horizontale et verticale.

Type de détection horizontale
Il s’agit de capteurs de sécurité dans lesquels le faisceau laser est émis horizontalement à 180 °C et peut couvrir une large zone. Ils conviennent aux systèmes de surveillance dans des zones ouvertes telles que l’extérieur et détectent les objets en mouvement. La plage de surveillance peut être réglée pour définir à l’avance les zones à exclure du système.

Type de détection verticale
Il s’agit de détecteurs de sécurité dans lesquels le faisceau laser est émis verticalement et couvre des surfaces perpendiculaires au mur ou au plafond. Ils sont adaptés à des zones localisées telles que les couloirs ou devant les portes, et détectent les objets qui passent par rapport à la surface sur laquelle le capteur travaille. La hauteur de l’objet à détecter peut également être réglée.

2. Inconvénients des capteurs laser

Bien que les capteurs laser soient utiles en tant que capteurs sans contact utilisant des rayons lumineux, ils peuvent mal fonctionner dans certaines conditions.

Inégalité de la surface de l’objet à détecter
Les capteurs laser dotés d’un petit spot peuvent mal fonctionner en raison des fluctuations de la quantité de lumière reçue dues aux réflexions provoquées par les irrégularités de la surface de l’objet à détecter. Si la surface de l’objet à détecter est irrégulière, utilisez un capteur avec un grand spot.

Vibrations
Si le capteur laser est soumis à des vibrations, l’axe optique peut se déplacer, ce qui entraîne un dysfonctionnement. Revoyez l’installation du capteur laser et fixez-le à l’aide de vis ou de raccords auxiliaires, ou installez-le aussi près que possible de l’objet à détecter afin de minimiser l’effet du désalignement de l’axe optique.

Lumière pulsée
La lumière pulsée est une méthode d’éclairage qui s’allume et s’éteint de manière répétée. Comme la lumière est allumée à une fréquence élevée, elle clignote mais, pour l’œil humain, elle semble être allumée en permanence.

La plupart des capteurs laser utilisent des lasers pulsés, qui peuvent mal fonctionner face à des LED environnantes et à d’autres lumières qui s’allument par pulsation comme eux. S’il y a des lumières pulsées à proximité, il est important d’installer un écran entre elles ou d’ajuster l’angle du récepteur afin qu’il ne touche pas la partie réceptrice de lumière du capteur.

Qu’est-ce qu’une vis à billes ?

Une vis à billes est un type de vis d’alimentation qui convertit un mouvement rotatif en mouvement linéaire pour déplacer la position d’un composant. La tige filetée et l’écrou sont actionnés par une bille. Lorsque l’arbre fileté et l’écrou tournent l’un par rapport à l’autre, les billes roulent dans un cycle sans fin. La résistance au glissement entre la vis et l’écrou est beaucoup plus faible que celle des vis trapézoïdales conventionnelles.

La qualité de précision de la vis et de la bille permet un mouvement précis, ce qui se traduit par une grande précision de positionnement. Elles sont utilisées dans les systèmes de direction automobile et les machines-outils de précision.

Utilisations des vis à billes

Les vis à billes sont des éléments de machine qui convertissent le mouvement de rotation, par exemple d’un moteur, en mouvement linéaire. Les principales utilisations sont le transport et le positionnement de produits et de composants, les équipements de fabrication de semi-conducteurs, les robots industriels et les machines-outils. Comme la course d’une seule rotation d’une vis à billes peut être reproduite avec précision, il est possible d’obtenir une grande précision de positionnement en combinaison avec des moteurs pas à pas.

Dans les machines-outils à commande numérique, les vis à billes sont utilisées pour configurer le mécanisme d’alimentation et obtenir une précision de positionnement. Les vis à billes sont également utilisées dans les machines alimentaires, les équipements médicaux, les robots et les machines de moulage par injection, les équipements d’impression, les équipements d’amusement, ainsi que dans les automobiles, les trains et les avions, les équipements de fabrication de semi-conducteurs et les équipements d’inspection.

Principe des vis à billes

Une vis à billes est un composant d’élément de machine composé d’un arbre de vis, d’un écrou et d’une bille, qui convertit un mouvement rotatif en mouvement linéaire ou un mouvement linéaire en mouvement rotatif. Ce composant utilise la technologie tribologique, qui permet de placer une bille entre l’arbre de la vis et l’écrou et de la faire rouler légèrement. Le mouvement de contact glissant de la surface de la vis est converti en un mouvement de contact roulant. Les billes doivent circuler à l’infini, d’où la nécessité d’un composant de recirculation.

Il existe différents types de systèmes de circulation, tels que le tube de retour, le déflecteur d’extrémité, le capuchon d’extrémité, la pièce, la plaque de retour, etc. et leurs applications varient en fonction de la taille et de la précision. Lors de l’utilisation de vis à billes, un rail de guidage est nécessaire pour guider l’écrou. Les rails de guidage supportent des charges verticales et des charges de moment autres que la charge axiale sur l’écrou.

L’arbre fileté se déplace avec une grande précision en combinant la longueur de l’avance, qui est la quantité de mouvement par révolution de l’écrou, avec le nombre de bandes filetées. La bille est mise sous pression pour éliminer le jeu de l’écrou et obtenir une grande précision de positionnement sans rotation irrégulière de l’arbre fileté ou de l’écrou.

Autres informations sur les vis à billes

1. Caractéristiques des vis à billes

Les vis à billes se caractérisent par leur capacité à convertir le mouvement de rotation d’une machine en mouvement linéaire. Inversement, il est également possible de convertir un mouvement linéaire en mouvement rotatif. Le couple nécessaire pour entraîner la rotation de l’arbre de la vis peut être réduit à 1/3 ou moins par rapport à une vis ordinaire. Par conséquent, le moteur entraînant la vis à billes peut être plus petit et plus léger.

La différence entre le couple de frottement initial et le couple de frottement cinétique est faible et les phénomènes de glissement peuvent être évités, de sorte que les machines peuvent être contrôlées avec une grande précision. Les écrous peuvent être préchargés en utilisant deux écrous ou en utilisant à l’avance des billes de plus grand diamètre. Le jeu est éliminé et la rigidité est accrue, ce qui se traduit par une meilleure contrôlabilité.

La durée de vie de l’usure et de la fatigue de roulement de la vis à billes peut être prédite par calcul, ce qui augmente la fiabilité opérationnelle. Le coefficient de frottement sur la surface de contact entre la vis et l’écrou est d’environ 0,1-0,2 pour les vis à glissement, alors qu’il est de 0,002-0,004 pour les vis à billes. L’efficacité de la transmission est donc élevée, supérieure à 90 %.

Elles sont faciles à utiliser et rentables, car leurs dimensions et leur précision sont normalisées au niveau international et produites en masse dans des usines spécialisées. En revanche, les vis à billes présentent l’inconvénient d’être vulnérables aux chocs. Les pièces coulissantes étant en contact ponctuel, elles sont susceptibles de laisser des bosses et d’autres marques lorsqu’elles sont soumises à un impact. Les corps étrangers qui pénètrent dans les pièces coulissantes peuvent également provoquer des dysfonctionnements et des défaillances. Lorsqu’elles sont utilisées comme arbre coulissant dans des machines-outils, elles doivent être munies d’un couvercle ou d’un dispositif similaire afin d’éviter la contamination par des copeaux.

2. Méthodes de fabrication des vis à billes

Les vis à billes peuvent être divisées en roulage et rectification en fonction de la méthode de production.

Vis à billes par roulage
Dans cette méthode, une barre ronde est pressée contre un outil appelé matrice de laminage pendant qu’elle tourne, et les rainures du filetage sont formées par déformation plastique. Par rapport à la rectification, le degré de précision tend à être inférieur.

Vis à billes rectifiée
Cette méthode utilise une machine-outil appelée rectifieuse de filets pour former les rainures de filetage par meulage. La rectification cylindrique étant effectuée après le traitement thermique, la surface est plus lisse que celle du laminage. Cette méthode est utilisée lorsqu’un contrôle machine de haute précision est nécessaire, par exemple sur les axes de glissement des petites machines-outils destinées à la fabrication d’instruments de précision.

Qu’est-ce qu’un four à vide ?

Un four à vide est un four capable d’effectuer un traitement thermique sous vide.

Comme l’objet est chauffé sous vide à l’intérieur du four, la surface de l’objet peut être traitée sans être oxydée. La décarburation est évitée et l’éclat de l’acier inoxydable et d’autres matériaux peut être conservé après le traitement thermique.

La grande propreté de la surface permet également de traiter des joints propres de différents métaux. L’une des principales caractéristiques du procédé est la réduction de la distorsion grâce au processus de refroidissement progressif entre le chauffage et le refroidissement.

Cette méthode de traitement émet moins de dioxyde de carbone et réduit les variations de dimensions et de dureté. Dans certains cas, le traitement thermique est effectué dans un four à vide traversé par de l’azote gazeux.

Utilisations des fours à vide

Les fours à vide sont principalement utilisés pour le traitement des métaux et des semi-conducteurs. Voici quelques exemples d’utilisations des fours à vide :

• Trempe, revenu et frittage des métaux.
• Brasage d’évaporateurs, etc.
• Recuit.

Voici également des exemples de produits fabriqués dans des fours à vide :

• Aciers de qualité supérieure pour les outils en carbure.
• Matériaux pour produits électroniques tels que les aimants et les condensateurs.
• Pièces pour l’industrie automobile et les machines industrielles.

Les métaux présentant des exigences fonctionnelles particulières sont fabriqués dans des fours à vide. Les métaux traités dans les fours à vide se caractérisent par une grande luminosité, et l’oxydation de surface et les impuretés peuvent être réduites.

Bien que les fours à vide présentent de nombreux avantages, ils ont aussi l’inconvénient de coûter cher en termes d’entretien et d’installation initiale.

Principe des fours à vide

Les fours à vide utilisent une combinaison de pompes rotatives à huile et de pompes turbomoléculaires pour évacuer l’air à l’intérieur du four et maintenir un vide élevé. Le chauffage en l’absence d’oxygène dans un vide poussé empêche l’oxydation.

1. Matériau de la cuve

Les fours sont généralement fabriqués en acier inoxydable. Ils peuvent être chauffés à une température comprise entre 1 000 °C et 2 300 °C et sont chauffés par des résistances métalliques telles que le tungstène, le molybdène ou le carbure de silicium.

Il existe également des fours plus petits dans lesquels l’objet est chauffé dans un four tubulaire en alumine ou en verre de quartz. Le fil de kanthal est utilisé comme matériau de chauffage et peut être chauffé à des températures comprises entre 700 °C et 1 600 °C.

2. Méthode de refroidissement

Les méthodes de refroidissement comprennent le refroidissement naturel, le refroidissement au gaz et le refroidissement à l’huile. Pour les températures élevées, un refroidissement à l’eau avec un récipient à double couche est également utilisé. Les températures élevées sont mesurées à l’extérieur à l’aide d’un thermomètre à rayonnement.

Dans les fours à vide standard, le chauffage et le refroidissement sont effectués dans la même chambre, mais ces dernières années, des chambres séparées ont été introduites pour améliorer l’efficacité du travail.

Structure des fours à vide

Les fours à vide assurent le traitement thermique des pièces traitées par trois processus : le transport, le chauffage et le refroidissement. En fonction du type et de l’objectif des pièces traitées thermiquement, ils sont généralement classés en deux types de structure : à une chambre et à plusieurs chambres.

1. Fours à vide à une chambre

Dans les fours à vide à une chambre, la pièce est transportée et placée dans le four par l’opérateur, puis chauffée et refroidie dans une seule chambre. Comme les processus de chauffage et de refroidissement sont effectués dans la même chambre, le four doit résister à des différences de température rapides. Des composants en acier inoxydable et en carbone résistants à la chaleur sont utilisés pour l’élément chauffant et les composants structurels.

Grâce à leur structure simple, ils sont disponibles dans une large gamme de tailles, de la plus petite à la plus grande. Pour le refroidissement, le refroidissement naturel ou le refroidissement par gaz inerte avec de l’azote, etc., est utilisé pour éviter la contamination de l’intérieur du four et du produit traité thermiquement. La structure de sortie du gaz de refroidissement et le ventilateur d’agitation garantissent un refroidissement uniforme et sans contamination.

Ils conviennent donc au traitement de produits sensibles à la contamination ou à la déformation de la surface. En revanche, ils présentent l’inconvénient d’une faible productivité car le produit suivant à traiter thermiquement ne peut pas être chargé tant que le traitement précédent n’est pas terminé.

2. Fours à vide multichambres

Un four à vide multichambre est un four à vide dont la structure prévoit que les processus de transport, de chauffage et de refroidissement se déroulent dans deux chambres ou plus. Le chauffage et le refroidissement s’effectuent en principe automatiquement, selon les réglages, une fois que le produit est introduit dans la chambre de transfert. Il est possible de contrôler la température dans chaque zone ou de mettre en place plusieurs chambres de chauffage pour petits lots avec des temps de traitement échelonnés.

Les innovations susmentionnées peuvent améliorer la productivité, qui est une caractéristique de ce système. En faisant du refroidissement une chambre séparée, il est possible de sélectionner des réfrigérants liquides à forte capacité de refroidissement, tels que l’huile. Comme la chambre de refroidissement n’est pas chauffée, une capacité de refroidissement élevée peut être maintenue.

Même les matériaux métalliques à faible trempabilité et sensibles aux vitesses de refroidissement peuvent donner de bons résultats. En revanche, un nettoyage est nécessaire après le traitement thermique en raison de la contamination du matériau traité par le réfrigérant. Il existe également un risque de déformation et de fissuration en raison de la vitesse de refroidissement élevée.

Autres informations sur les fours à vide

Composants en carbone dans les fours à vide

Les composants en carbone tels que le carbone graphite ou le composite C/C sont utilisés dans les fours à vide. Ils sont utilisés dans les éléments chauffants, les matériaux de structure et les gabarits de traitement thermique.

Les composants en carbone sont très résistants à la chaleur et peuvent supporter des températures allant jusqu’à 3 000 °C. Ils se caractérisent par leur légèreté, leur faible coefficient de dilatation thermique, leur faible déformation due à la fatigue thermique et leur faible capacité thermique.

La légèreté permet d’augmenter la capacité de charge et de réduire les charges d’installation pour les produits traités thermiquement. La faible résistance à la déformation permet également de réduire les coûts d’exploitation. La faible capacité thermique et l’effet d’économie d’énergie élevé ont l’avantage d’avoir de nombreux effets d’amélioration de la productivité.

Toutefois, l’inconvénient est que le carbone se volatilise pendant le chauffage, ce qui entraîne une contamination du four et des pièces à traiter. Le système de refroidissement est également limité au refroidissement par gaz.

Qu’est-ce qu’une charge électronique ?

Une charge électronique est un dispositif qui est connecté à l’appareil testé et qui fonctionne comme une résistance de charge.

Dans le passé, une résistance était connectée à l’appareil testé et utilisée comme charge : la résistance devait être remplacée à chaque fois que la valeur de la résistance était modifiée. L’avantage des charges électroniques est que la taille de la charge peut être réglée à volonté.

Un contrôleur externe peut également être utilisé pour modifier les réglages de la charge à grande vitesse. De plus, il existe des fonctions telles que le mode courant constant, qui permet à un courant constant de circuler à partir de l’appareil testé, et le mode tension constante, qui maintient la tension de sortie de l’appareil testé à un niveau constant, ce qui le rend adapté à une large gamme de mesures et de tests.

Utilisations des charges électroniques

Les charges électroniques sont utilisées pour les tests d’évaluation des performances et les inspections de produits de circuits électroniques, d’alimentations et de batteries. Plus précisément, les utilisations suivantes sont possibles :

• Capacité d’entraînement des charges dans les circuits électroniques.
• Essai des caractéristiques de charge des alimentations électriques.
• Test de charge/décharge des batteries.

Comme la charge peut être commandée par un contrôleur externe, elle peut également être utilisée pour automatiser les essais, par exemple en modifiant les conditions de charge en fonction de l’objectif.

Fonctions des charges électroniques

Les charges électroniques sont dotées d’amplificateurs intégrés composés de transistors bipolaires, de FET, etc., qui contrôlent le courant absorbé (courant de charge). Les fonctions caractéristiques sont décrites ci-dessous.

1. Consommation d’énergie/Méthode de conversion

La méthode de consommation/conversion dépend du type de charge électronique.

Charges électroniques à conversion thermique
La puissance consommée dans la charge électronique est convertie en chaleur par les éléments semi-conducteurs composant l’amplificateur. Il s’agit apparemment du même effet que lorsque le courant circule dans une résistance mais les éléments semi-conducteurs génèrent de la chaleur. Un mécanisme de dissipation de la chaleur est ainsi nécessaire.

Charges électroniques de type régénération de puissance
La puissance absorbée par une charge électronique est convertie en courant alternatif par un onduleur. Le courant converti est renvoyé dans le réseau de distribution. Aussi, la consommation d’énergie est faible et la dissipation de la chaleur est relativement simple. Toutefois, comme l’énergie électrique régénérée est renvoyée vers le réseau électrique, elle est limitée aux environnements où le fonctionnement connecté au réseau est possible.

2. Modes de fonctionnement des charges électroniques

Les charges électroniques sont généralement disponibles dans les quatre modes suivants, le plus approprié étant choisi en fonction de l’objectif de l’essai :

Mode courant constant
Dans ce mode, la charge électronique fonctionne avec un flux de courant constant défini, quelle que soit la tension d’entrée de la charge. La charge électronique est adaptée de manière à ce que le courant de charge reste constant même lorsque la tension de sortie de l’appareil testé fluctue.

Mode résistance constante
Dans ce mode, la valeur de la résistance réglée est maintenue constante comme une résistance fixe. Il se caractérise par le fait que la valeur de résistance réglée est maintenue sauf pendant la période transitoire qui suit immédiatement la mise sous tension. Comme le courant de charge varie linéairement avec la tension d’entrée, il est utilisé pour les tests de capacité des piles et des batteries, les tests de démarrage des équipements électroniques, etc.

Mode tension constante
Ce mode maintient la tension de sortie de l’appareil testé à une valeur constante. Si la tension de sortie de l’appareil testé fluctue, la charge électronique modifie le courant de charge pour maintenir une tension de sortie constante. Par conséquent, la tension de sortie de l’appareil testé reste constante, bien que le courant de charge fluctue.

Ils sont souvent utilisés pour tester les piles à combustible, les chargeurs de batterie, etc. Lors des tests de chargeurs de batterie, il est également possible de reproduire le comportement complexe de la tension de la batterie et de la tester à l’aide de charges électroniques.

Mode puissance constante
Dans ce mode, la charge électronique fonctionne de manière à consommer une quantité déterminée d’énergie. La tension de l’appareil testé est d’abord mesurée, la valeur du courant est calculée à partir de cette tension et de la valeur de puissance définie, et le courant est prélevé.

Comment choisir une charge électronique

Dans le cadre du développement et de la production de sources d’énergie telles que les blocs d’alimentation et les batteries, les charges électroniques sont essentielles lorsqu’il s’agit de tester les performances de chaque appareil. Les points suivants doivent être pris en compte lors de la sélection d’une charge électronique.

1. Capacité de puissance et tension de résistance

Si le dispositif testé est une alimentation, il doit en principe avoir une capacité de puissance qui couvre sa puissance de sortie maximale. Il est également essentiel que la spécification de la tension de tenue soit supérieure à la tension qui peut être effectivement appliquée.

2. Tensions minimales supportées par les charges électroniques

Les charges électroniques sont généralement difficiles à utiliser dans la plage de tension inférieure. La tension minimale qu’une charge électronique peut supporter est appelée tension minimale de fonctionnement. Comme indiqué plus haut, les charges électroniques contrôlent le courant qui circule dans un amplificateur composé de transistors bipolaires ou de FET. Par conséquent, si la tension est inférieure à la tension à laquelle cet amplificateur fonctionne, la charge électronique ne fonctionnera pas correctement.

Par conséquent, le courant ne peut pas être tiré à une tension inférieure à une certaine tension. En d’autres termes, si la tension aux deux extrémités de la charge électronique est inférieure à la tension minimale de fonctionnement, celle-ci ne fonctionnera pas.

3. Température ambiante et durée

Pour les charges électroniques, il faut faire attention à la spécification de la température ambiante qui garantit la charge maximale. Il faut notamment tenir compte du fait que les charges électroniques à conversion thermique ne peuvent être utilisées qu’à des températures élevées. La température ambiante augmente en effet en raison de leur propre production de chaleur.

De plus, la durée pendant laquelle la charge maximale peut être maintenue peut être limitée. Les informations figurant dans le catalogue ou la fiche de spécification doivent être vérifiées à l’avance.

Qu’est-ce qu’une armoire de contrôle ?

Une armoire de contrôle est un coffret dans lequel sont concentrés les équipements électriques destinés à contrôler les lignes de production industrielle et les machines.

Elles sont généralement fabriquées sous la forme d’un boîtier métallique robuste et sont recouvertes d’un revêtement cuit au four ou en poudre pour éviter la rouille, la corrosion et les dommages causés par le sel.

Utilisations des armoires de contrôle

Les panneaux de contrôle sont utilisés dans tous les aspects de l’industrie. Les panneaux de contrôle sont utilisés dans les cas suivants :

• Contrôle du fonctionnement des pompes pour l’évacuation des eaux de l’usine.
• Pour le fonctionnement et le contrôle des pompes d’alimentation en eau.
• Contrôle et fonctionnement des équipements de transfert de produits.
• Pour le fonctionnement et le contrôle des ascenseurs.
• Pour le fonctionnement et l’exploitation des équipements de traitement des produits.

Les panneaux de contrôle sont utilisés pour contrôler les lignes de production et les machines. Le panneau de contrôle est un ensemble complet d’équipements de commande de machines logés dans une armoire de commande dans le but de les protéger de l’environnement extérieur.

Dans la vie de tous les jours, l’on peut voir dans les rues des panneaux de contrôle destinés à la commande d’équipements d’infrastructure tels que les pompes à eau et à eaux usées.

Principe d’une armoire de contrôle

Une armoire de commande se compose d’une armoire de commande, d’unités de protection et d’entraînement et de commandes.

1. Panneaux de contrôle

L’armoire de commande est le boîtier extérieur du panneau de contrôle. Elle est principalement fabriquée en acier et munie d’une porte avec une poignée sur le devant. Elle est équipée d’une borne de mise à la terre fixée en bas et est reliée au pôle de mise à la terre par un fil. La porte du tableau peut également être équipée de voyants lumineux et d’afficheurs pour indiquer l’état de la machine et de l’équipement à contrôler.

2. Équipements de protection et de commande

Les dispositifs de protection et de commande sont les éléments de puissance qui font fonctionner les machines électriques. Les disjoncteurs et les relais différentiels sont des dispositifs de protection qui donnent l’alerte et coupent le circuit électrique en toute sécurité en cas de court-circuit ou de défaut à la terre. Les interrupteurs électromagnétiques, les onduleurs et les servo-amplificateurs sont des dispositifs de commande qui alimentent et entraînent les machines électriques.

3. Dispositifs de contrôle

Les dispositifs de contrôle sont des composants d’instrumentation qui contrôlent les machines électriques et d’autres équipements. Les séquenceurs et les relais font partie de cette catégorie. Sur la base des informations fournies par l’instrumentation, des commandes sont données aux unités d’entraînement pour contrôler les machines et les équipements.

Autres informations sur les armoires de contrôle

1. Différences entre les panneaux de contrôle, les tableaux de distribution et les tableaux de répartition

Les panneaux de contrôle, les tableaux de distribution et les tableaux de distribution d’énergie sont utilisés dans la même enceinte mais à des fins différentes. Cependant, chacun d’entre eux utilise des dispositifs de protection tels que des disjoncteurs pour empêcher les accidents de court-circuit de se propager aux niveaux supérieurs.

• Tableaux de distribution
  Dispositif utilisé pour abaisser et distribuer le courant fourni par les compagnies d’électricité. Les cabines en sont des exemples.
• Tableau de distribution
  Il s’agit d’un dispositif qui ramifie le courant reçu du tableau de distribution et le distribue à chaque appareil. Les boîtes garnies de disjoncteurs dans les ménages ordinaires correspondent à des tableaux de distribution. Le panneau de contrôle est également alimenté par le panneau de distribution.
• Panneau de contrôle
  Un panneau de contrôle est un dispositif qui distribue l’énergie reçue du tableau de distribution aux équipements industriels tels que les moteurs, etc. Il contrôle le fonctionnement des machines et des équipements tout en surveillant l’état de fonctionnement à l’aide d’automates programmables et d’autres équipements de contrôle.

2. Conception des panneaux de contrôle

La conception des panneaux de contrôle nécessite une expérience dans le traitement des équipements électriques. Dans la plupart des panneaux de contrôle d’équipements à basse tension, le disjoncteur principal, qui est le tronc principal, est placé dans le coin supérieur gauche. Les composants liés à l’instrumentation sont placés vers le coin inférieur droit. Toutefois, les équipements générateurs de bruit tels que les onduleurs et les amplificateurs de moteurs pas à pas doivent être maintenus aussi loin que possible du câblage des signaux de commande. Cela évite les dysfonctionnements de l’équipement dus au bruit.

L’équipement qui constituera la charge du panneau de contrôle est identifié à l’avance et le nombre de pièces est déterminé en conséquence. En fonction du nombre de pièces, celles-ci sont disposées de manière à ce qu’il n’y ait pas de tension lorsqu’elles sont assemblées par une personne. La conception de la disposition des pièces garantit un espace suffisamment large pour que les doigts d’une personne puissent y pénétrer en tant qu’espace de maintenance.

Le câblage du panneau est organisé et stocké au moyen de goulottes. Le taux d’occupation du câblage dans la gaine est déterminé à l’avance et la largeur de la gaine est augmentée ou réduite de manière à ne pas dépasser le taux d’occupation. Des borniers externes tapissent la partie inférieure du panneau de contrôle. Ces bornes sont utilisées pour connecter le câblage posé et introduit de l’extérieur au câblage à l’intérieur du panneau. Les borniers relient le câblage externe et interne à l’aide de boulons ou de vis. Si de gros boulons sont utilisés pour connecter le câblage externe, ils doivent être marqués d’un repère d’accouplement afin que tout desserrement puisse être vérifié sans contact.

Les panneaux de contrôle sont vendus standardisés par les fabricants de coffrets d’armoires et peuvent être peu coûteux si l’on utilise des produits standardisés. Si une armoire de contrôle aux dimensions spéciales est conçue, elle doit être fabriquée par tôlerie, ce qui peut s’avérer plus coûteux que prévu.

Qu’est-ce qu’un microscope optique ?

Un microscope optique est un instrument permettant de grossir et d’observer de minuscules objets invisibles à l’œil nu à l’aide d’un oculaire et d’une lentille d’objectif.

Certains microscopes utilisent la fluorescence ou des lasers comme source de lumière mais ils utilisent généralement la lumière visible.

Le grossissement peut aller de quelques fois à 1500 fois. Il existe différents types de microscopes biologiques et métallurgiques en fonction de l’objet à observer. Ils sont utilisés en fonction de la transmissivité de la lumière de l’échantillon cible.

Les échantillons biologiques et métallurgiques qui transmettent la lumière sont observés en lumière transmise, tandis que les échantillons métalliques qui ne transmettent pas la lumière sont observés en lumière réfléchie. C’est pourquoi la source de lumière, l’objectif et la disposition de l’échantillon sont différents pour les microscopes biologiques et métallurgiques.

Utilisations des microscopes optiques

Les microscopes optiques sont largement utilisés dans divers domaines, tels que la biologie, la médecine, l’alimentation, les semi-conducteurs et l’éducation : ils utilisent la lumière visible comme source lumineuse et peuvent être observés directement par l’œil humain sans conversion de la lumière, ont une structure simple et sont relativement peu coûteux.

En particulier, ils sont utilisés dans divers tests tels que les tests sanguins, les tests microbiologiques, les tests de poussière et les tests de circuits intégrés, ainsi que dans des applications de recherche et de développement dans ces domaines.

Principe de la microscopie optique

Le principe d’un microscope optique est simple : la lumière est projetée sur l’objet à observer et la lumière transmise ou réfléchie à travers l’objet est grossie par la lentille de l’objectif.

L’observateur voit une image imaginaire de la lumière de l’objet grossie par la lentille d’objectif et encore grossie par l’oculaire. Le pouvoir grossissant du microscope optique est exprimé comme le produit du pouvoir grossissant de la lentille d’objectif et de la lentille d’oculaire multipliées ensemble. Plus le grossissement est important, plus un objet de petite taille peut être agrandi pour être observé.

Les microscopes peuvent être divisés en deux types selon la méthode d’éclairage : les microscopes à transmission et les microscopes à réflexion. Les microscopes à transmission sont utilisés pour les objets qui transmettent la lumière, tels que les cellules, les bactéries et autres échantillons biologiques, tandis que les microscopes à réflexion sont utilisés pour les objets qui ne transmettent pas la lumière, tels que les métaux et les semi-conducteurs. Ils sont également classés en fonction de la direction dans laquelle l’échantillon est observé, le type vertical ayant la lentille d’objectif positionnée au-dessus de l’échantillon et le type inversé ayant la lentille d’objectif positionnée au-dessous de l’échantillon. Le type inversé est notamment utilisé pour les échantillons cultivés dans une boîte de Petri car il est nécessaire d’observer l’échantillon par le bas. La figure montre une vue d’ensemble du microscope à transmission vertical le plus répandu.

Le grossissement d’un microscope optique est déterminé par le grossissement de l’objectif et de l’oculaire. Outre le grossissement, la résolution et le contraste sont également des facteurs importants en microscopie optique.

La résolution fait référence à la distance minimale (δ) à laquelle deux points différents peuvent être identifiés comme deux points et est un indicateur de la quantité de détails pouvant être identifiés. En microscopie, la résolution est déterminée par l’ouverture numérique de l’objectif (NA) et la longueur d’onde de la lumière (λ) et est exprimée par l’équation suivante.

δ = kλ/NA (k est une constante)

L’ouverture numérique NA est calculée comme n x sinθ, où n est l’indice de réfraction entre la lentille de l’objectif et le milieu et θ est l’angle maximal du rayon lumineux incident sur la lentille de l’objectif par rapport à l’axe optique.

Les échantillons biologiques, par exemple, sont souvent transparents, et si l’échantillon est observé tel quel, il peut être impossible de reconnaître la structure parce qu’elle est transparente. Dans ce cas, il est nécessaire d’ajuster les conditions d’observation en colorant l’échantillon avec un colorant ou en focalisant la lumière. La coloration et l’ajustement de la lumière ajoutent du contraste à l’image et facilitent l’observation de l’objet.

Ces dernières années, en plus de la coloration et de l’ajustement de l’ouverture, des méthodes d’observation utilisant la diffusion de la lumière, la diffraction et la fluorescence se sont imposées sous des noms tels que contraste de phase et interférence différentielle. Il existe également des microscopes optiques spécialisés dans ces méthodes d’observation, que l’on appelle microscopes à contraste de phase ou microscopes à interférence différentielle parmi les microscopes optiques. Lors de la coloration de cellules, par exemple, les cellules sont mortes, mais la microscopie à contraste de phase et la microscopie à interférence différentielle permettent d’observer des cellules vivantes.

Autres informations sur la microscopie optique

1. Différence entre l’observation en champ clair et en champ sombre en microscopie optique

Lors de l’observation au microscope optique, la manière dont la lumière est projetée sur l’objet modifie la façon dont celui-ci est vu. Il existe trois méthodes d’observation de base : l’observation en champ clair, l’observation en champ sombre et l’observation sous éclairage oblique.

La méthode d’observation en champ clair est la méthode d’observation la plus élémentaire. Elle consiste à éclairer l’objet avec de la lumière et à observer la lumière transmise. Elle est principalement utilisée pour observer des échantillons tachés.

La méthode d’observation en champ sombre, en revanche, consiste à éclairer l’objet par le dessous et à l’observer à l’aide de la lumière diffusée ou réfléchie. Cette méthode est principalement utilisée pour l’observation d’objets transparents non colorés et de petits objets.

La condition de base de l’observation en champ clair est de colorer l’objet, mais si l’objet est un organisme vivant, on craint que la coloration ne le tue ou n’endommage sa fonction, de sorte que la méthode du champ sombre est utilisée dans ce cas sans coloration.

L’observation avec un éclairage oblique est intermédiaire entre ces deux méthodes d’observation. En éclairant l’objet sous un angle oblique, il est possible d’obtenir une vue intermédiaire entre les méthodes d’observation en champ clair et en champ sombre.

2. Objectifs à immersion en microscopie optique

La résolution d’un microscope optique est inversement proportionnelle au nombre d’ouvertures, de sorte qu’une résolution plus faible peut être obtenue en augmentant le nombre d’ouvertures. Le nombre d’ouvertures est proportionnel à l’indice de réfraction entre l’objectif et le milieu. L’objectif à immersion utilise cette caractéristique pour obtenir une meilleure résolution en remplissant l’espace entre l’échantillon et l’objectif avec un liquide ayant un indice de réfraction élevé. Le liquide utilisé dépend de l’objet à observer.

Les objectifs qui utilisent de l’huile comme liquide sont appelés objectifs à immersion d’huile. L’huile a un indice de réfraction plus élevé que l’eau et a donc un meilleur effet de résolution. Toutefois, lors de l’observation d’un objet épais ou d’un espace entre l’échantillon et le verre de couverture, l’image formée par le microscope sera floue. Cela est dû à l’aberration sphérique causée par la lentille de l’objectif en raison de la différence d’indice de réfraction entre l’objet et le verre de couverture.

En revanche, un objectif qui utilise de l’eau comme liquide est appelé objectif à immersion dans l’eau. Les objectifs à immersion d’eau sont conçus pour produire la même image quelle que soit l’épaisseur de l’objet. Lors de l’observation d’objets fins, l’objectif à immersion dans l’huile fournit une image plus claire et plus lumineuse. A l’inverse, lors de l’observation d’objets plus épais, l’objectif à immersion dans l’eau offre de meilleures performances.

Qu’est-ce qu’un capteur CMOS ?

Les capteurs CMOS sont des capteurs d’images utilisés dans les appareils photo numériques et autres équipements photographiques. La lumière reçue par les différents photodétecteurs est convertie en une charge électrique. Celle-ci est ensuite extraite sous forme de tension ou de courant en fonction de l’intensité de la lumière via un circuit d’amplification composé de capteurs CMOS.

Dans le passé, les capteurs CCD constituaient le pilier des capteurs d’images, caractérisés par une structure dans laquelle la charge est transférée par le CCD et convertie en tension via un amplificateur à diffusion flottante (FDA).

Les capteurs CCD présentent des avantages par rapport aux capteurs CMOS en termes de sensibilité, de rapport signal/bruit et de faible courant d’obscurité. Toutefois, ils présentent des inconvénients en termes de configurations complexes de l’alimentation électrique, de maculage inévitable, de processus de fabrication spécialisés et d’impossibilité d’utiliser l’équipement de production LSI CMOS général. Récemment, les capteurs CMOS sont devenus le pilier des capteurs d’images grâce aux progrès réalisés dans les méthodes de réduction des effets du courant d’obscurité et d’amélioration du rapport signal/bruit dans les capteurs CMOS.

Utilisations des capteurs CMOS

Les capteurs CMOS étaient jusqu’à présent utilisés dans les caméras montées sur les smartphones et les tablettes car ils sont peu coûteux à fabriquer. En revanche, les capteurs CCD à faible bruit étaient principalement utilisés dans les appareils photo reflex à objectif unique et les caméras vidéo, qui exigent une qualité d’image élevée.

Toutefois, avec l’évolution des méthodes de réduction du bruit pour les capteurs CCD, le smear et le blooming qui posaient problème avec les capteurs CCD ne se sont pas produits. Le capteur CCD a été progressivement remplacé par le capteur CMOS, désormais utilisé comme capteur d’image dans tous les types d’équipements photographiques.

Principe des capteurs CMOS

La fonction de base d’un capteur d’image est de stocker et de transférer la charge électrique générée par les éléments récepteurs de lumière disposés en grand nombre sur sa surface, de la convertir en tension ou en courant électrique et de la restituer. À cet égard, les capteurs CCD et CMOS ont la même fonction.

La principale différence entre les deux réside dans le mécanisme de transfert de charge : un capteur CCD possède une grille de photodiodes comme éléments récepteurs de lumière et la charge peut être temporairement stockée dans la région de type N de ces photodiodes.

Un CCD vertical est installé à côté de ces photodiodes. Toutes les charges accumulées par chaque photodiode à un moment donné sont simultanément transférées au CCD vertical. Les charges sont transférées séquentiellement et transmises au CCD horizontal.

Le CCD horizontal transfère séquentiellement la charge transférée du CCD vertical au FDA, qui délivre une tension correspondant à la quantité de charge, fournissant ainsi une tension de sortie correspondant à l’intensité de la lumière irradiant les photodiodes. Comme décrit ci-dessus, dans un capteur CCD, la quantité de charge de toutes les photodiodes est émise de manière séquentielle.

En revanche, les capteurs CMOS sont équipés d’une photodiode pour chaque élément récepteur de lumière, d’un amplificateur pour amplifier la sortie et d’un commutateur pour connecter la sortie de l’amplificateur à la ligne de signal.  De cette manière, la réception, la conversion, l’amplification et la sortie de la lumière sont effectuées pour chaque photodiode.

À partir de cette configuration, les capteurs CMOS peuvent spécifier des photodiodes individuelles en combinant les signaux de balayage horizontal et vertical, et extraire la tension ou le courant correspondant à la quantité de charge. Ainsi, n’importe quelle photodiode peut être sélectionnée et son signal lu.

En raison de ces différences structurelles, les capteurs CMOS présentent l’avantage de permettre une lecture à grande vitesse en limitant le signal à la zone requise, etc. et de ne pas générer de bruit de transfert CCD. De plus, avec les capteurs CCD, le smear causé par les composants de bruit qui circulent dans le CCD est inévitable, ce qui n’est pas le cas avec les capteurs CMOS.

Structure des capteurs CMOS

Les capteurs CMOS combinent des photodiodes, qui sont des éléments récepteurs de lumière, avec des amplificateurs et des éléments de commutation, et en intègrent beaucoup d’autres. Le processus de fabrication des photodiodes est particulier et différent de celui des transistors. Les autres composants sont identiques à ceux des LSI CMOS, de sorte que l’équipement de fabrication CMOS peut être utilisé, ce qui constitue un avantage par rapport aux CCD.

De nouveaux développements apparaissent également en ce qui concerne l’agencement des photodiodes. Il s’agit d’une structure connue sous le nom de type rétro-éclairé, dans laquelle la photodiode est placée à l’arrière de l’appareil, tandis que les circuits tels que les amplificateurs et les éléments de commutation sont placés à l’avant. La photodiode et les circuits sont reliés par un câblage interne. Bien que le processus de fabrication soit plus complexe, les photodiodes peuvent être placées sans espace, ce qui améliore notamment l’efficacité de la collecte de la lumière.

Les circuits des capteurs CMOS fonctionnent avec une seule alimentation. Aussi, en principe, une seule alimentation d’environ 3,3 V est nécessaire, alors que les capteurs CCD nécessitent plusieurs tensions pour alimenter le CCD, qui est la voie de transfert, ce qui rend la configuration de l’alimentation plus complexe. Les capteurs CMOS ont un avantage en termes de consommation d’énergie.

Autres informations sur les capteurs CMOS

1. Part de marché des capteurs CMOS

Sony détenait une part de marché dominante lorsque les capteurs CCD étaient à leur apogée. Cependant, maintenant que les capteurs CMOS sont devenus le pilier et que leur plus grande application s’est déplacée vers les smartphones, la part de marché de Sony diminue progressivement. En 2021, la part de marché de Sony en termes de valeur était d’environ 45 %, celle de Samsung de 26 % et celle d’OmniVision de 11 %.

2. Taille des capteurs CMOS

Les capteurs CMOS sont disponibles en différentes tailles, de la plus grande à la plus petite.
Si l’on prend l’exemple des capteurs CMOS de Canon, il existe six tailles différentes de capteurs d’image, comme suit :

• 35 mm plein format (environ 36 mm x 24 mm).
• Format APS-H (environ 29 mm x 19 mm).
• Taille APS-C (environ 22 mm x 15 mm).
  Toutefois, ils ne sont pas vendus au grand public et leur utilisation est limitée à leurs propres appareils photo.
• 1 pouce (2,54 cm).
• 2/3 pouce (5,08/7,62cm).
• 1/1,8 pouce (2,54/4,572cm).

En règle générale, pour un même nombre de pixels, plus la taille du capteur est grande, meilleure est la qualité de l’image. De même, plus l’ouverture est grande, meilleure est la sensibilité.

Qu’est-ce que la conception de circuits imprimés ?

La conception de circuits imprimés fait référence à la conception de la carte PCB (Printed Circuit Board), où PCB se traduit directement par circuit imprimé. Un circuit imprimé est un circuit imprimé à motifs dans lequel le cuivre est appliqué sur un circuit imprimé composé de matériaux tels que le verre époxy, la fibre composite ou le papier phénolique. Il est ensuite gravé à l’aide d’un solvant connu sous le nom de gravure, ne laissant que la feuille de cuivre dans la section du circuit.

En d’autres termes, la conception de circuits imprimés est la conception détaillée du modèle et de la structure des couches sur une carte de circuit imprimé, ainsi que des composants à placer, tels que les circuits intégrés et les LCR, à l’aide de schémas de circuits dédiés, de simulateurs, de schémas de câblage et d’outils de CAO pour l’analyse des champs électromagnétiques, de la génération de chaleur et des contraintes.

Utilisations de la conception de circuits imprimés

La conception de circuits imprimés est utilisée dans des cas pratiques sous la forme de cartes de circuits imprimés (PCB), utilisées à l’intérieur d’appareils électriques tels que les climatiseurs, les réfrigérateurs et les téléviseurs. Les outils utilisés pour réaliser le circuit imprimé en tant que carte électronique intégrée au produit sont la CAO des schémas de circuits dédiés et la CAO de la conception des circuits imprimés.

La procédure de conception consiste généralement à concevoir un circuit électronique, à convertir le circuit en une liste de composants réellement utilisés, puis à réaliser sur la carte une conception de circuits imprimés sous la forme d’un modèle du circuit et des composants montés.

Principe de la conception de circuits imprimés

Pour expliquer les principes de la conception de circuits imprimés, il est nécessaire de comprendre les principes des circuits imprimés qui, comme nous l’avons mentionné plus haut, désignent les cartes de circuits imprimés (PCB). Elles sont constituées de matériaux isolants tels que le verre, la fibre ou le papier qui ne conduisent pas l’électricité, sur lesquels est fixée une feuille de cuivre qui, elle, conduit l’électricité. Le circuit imprimé est fabriqué en gravant la feuille de cuivre, sauf dans les zones où l’électricité doit être conduite.

Les informations de conception de circuits imprimés nécessaires pour former le circuit imprimé sont la conception de circuits imprimés elle-même, qui concrétise la manière de réaliser le circuit sur le circuit imprimé. Les informations relatives à la conception des modèles, qui constituent la principale source d’informations, ont également été décrites dans l’utilisation prévue, mais la première étape est le circuit électronique permettant de réaliser les fonctions requises du produit.

Sans ce schéma de circuit, rien ne peut commencer. Une fois que le schéma de circuit et les composants montés, tels que les circuits intégrés et les composants à puce, sont créés et enregistrés dans la CAO, les informations relatives au schéma de circuit sont ensuite introduites dans un système de CAO dédié à la conception de cartes. Ce travail est généralement effectué par du personnel spécialisé dans la conception de modèles ou par des sous-traitants.

Le concepteur de circuits transmet les informations nécessaires à la personne responsable. Les informations minimales requises à ce moment-là sont les dimensions de la carte, le diamètre des trous, l’épaisseur de la carte et de la feuille de cuivre, et l’emplacement des composants montés, qui doivent être spécifiés à l’avance. Tels sont les grands principes de la conception de circuits imprimés.

Informations complémentaires sur la conception de circuits imprimés

1. Règles de conception des circuits imprimés

Les règles de conception des circuits imprimés sont les règles nécessaires à la conception du schéma de câblage du circuit imprimé. La règle actuelle est que vous devez d’abord décider du type de carte. Le type de carte correspond au nombre de couches de la carte, appelées couches.

Qu’est-ce qu’un relais reed ?

Un relais reed est un interrupteur électromagnétique activé par l’application d’un courant à une bobine d’entraînement.

Il se compose d’une combinaison de bobines électromagnétiques autour d’un ou plusieurs interrupteurs reed et d’un petit relais qui s’ouvre et se ferme par force électromagnétique. Le champ magnétique généré dans la bobine actionne mécaniquement les contacts. Par rapport aux interrupteurs à semi-conducteur, il y a très peu de fuite de courant lorsque l’interrupteur ne fonctionne pas.

Indépendants à l’entrée et à la sortie et sans polarité, ils permettent de réduire les erreurs lors de l’installation. Ils présentent comme avantages une grande résistance à la pression, une isolation élevée, une étanchéité à la poussière et une résistance aux effets des gaz extérieurs.

Utilisations des relais reed

Les relais reed sont utilisés dans une grande variété d’équipements électriques. Bien que les relais à semi-conducteurs soient actuellement le principal type de relais, ils sont souvent utilisés dans des situations où les relais à semi-conducteurs ne conviennent pas.

Les environnements qui se prêtent à l’utilisation des relais reed sont les suivants :

• Les équipements électriques qui sont fortement affectés par de faibles courants de fuite lorsque les relais à semi-conducteurs sont ouverts.
• Les équipements électriques qui doivent fonctionner dans un environnement où des substances peuvent contaminer les semi-conducteurs.　
• Circuits utilisés pour des relais à très haute tension ou dans des environnements à haute tension.

Des exemples spécifiques d’utilisation sont les suivants :

• Batteries de stockage des véhicules électriques, batteries solaires
  Les relais reed sont utilisés lorsque la tension du système est élevée et qu’un fonctionnement stable est nécessaire, même à des tensions supérieures à 1 500 V DC.
• Équipement médical
  Des interrupteurs très fiables sont nécessaires pour des utilisations telles que la commande d’électrocautères, les circuits de détection de la position du lit, les circuits de charge à haute tension pour les DEA et la détection d’instruments chirurgicaux laissés à l’intérieur du corps.

Principe des relais reed

Les relais reed se composent d’un interrupteur reed et d’une bobine. Le commutateur reed est constitué d’un tube de verre hermétiquement fermé par un gaz inerte et contenant deux fils séparés par un espace. Les anches à l’intérieur du commutateur sont constituées d’un matériau magnétique soumis à la force d’un aimant. Les contacts, où les anches entrent en contact l’une avec l’autre lorsqu’elles sont actionnées, sont dotés d’un métal à haute intensité.

Le champ magnétique généré lorsque le courant circule dans la bobine extérieure du commutateur à lames fait entrer en contact les deux relais du commutateur à lames. L’électricité passe par les contacts et ceux-ci fonctionnent comme des relais. Lorsque le relais reed est actionné, un champ magnétique est généré par la bobine.

Ce champ peut donc affecter les composants électroniques environnants et il convient de faire attention à la position de montage et aux conditions d’utilisation. De plus, le circuit dans lequel le relais reed est utilisé doit être utilisé correctement, par exemple en incluant un circuit d’élimination des étincelles, en installant un circuit de protection contre les courants temporairement élevés et contre les courants inverses.

Caractéristiques des relais reed

Les relais reed présentent un certain nombre de caractéristiques par rapport aux autres relais :

• Par rapport aux commutateurs à semi-conducteurs, les commutateurs mécaniques ont un courant de fuite très faible lorsque les contacts sont ouverts.
• Aucune spécification de polarité pour l’entrée et la sortie, ce qui réduit les erreurs de fonctionnement.
• Tension de résistance et isolation généralement élevées
• Par rapport aux relais électromagnétiques généraux, les points de contact sont hermétiques et sont moins affectés par la poussière et les gaz organiques.
• Compacts, légers et durables.
• Fonctionnement rapide et temps de récupération d’environ 1/10

Autres informations sur les relais reed

1. Durée de vie des relais reed

Les relais ont une durée de vie électrique et une durée de vie mécanique :

• Durée de vie électrique
  Il s’agit de la durée de vie lors des essais de charge de résistance où le commutateur Reed est ouvert et fermé en appliquant une charge de tension nominale à la bobine. La durée de vie électrique dépend du volume de la charge, de la variété de la charge, de la fréquence d’ouverture et de fermeture, des conditions de température, etc.
• Durée de vie mécanique
  Il s’agit de la durée de vie lors d’un essai à vide où aucune charge n’est appliquée. Les relais sont des pièces mécaniques et leur ouverture et leur fermeture entraînent la fatigue et l’usure des pièces elles-mêmes. La durée de vie du relais varie également en fonction de l’environnement dans lequel le relais est utilisé, comme les conditions de température et les cas où une charge supérieure à la tension nominale de la bobine est appliquée.

2. Précautions dans l’utilisation des relais reed

Les précautions importantes à prendre lors de l’utilisation des relais reed sont le nettoyage et les interférences magnétiques.

• Nettoyage
  Les fils de la bobine du relais étant scellés dans un tube de verre, le nettoyage ne dégrade pas les caractéristiques des fils. Toutefois, le produit doit toujours être nettoyé à l’aide d’un produit spécial.
• Interférences magnétiques
  Le champ magnétique généré par la bobine du relais a un effet sur l’environnement extérieur. En particulier dans le cas d’un montage rapproché, les relais peuvent ne pas fonctionner correctement en raison d’interférences magnétiques entre eux. Par conséquent, les relais qui ne sont pas blindés magnétiquement doivent être montés avec une distance minimale de 15 mm entre eux.

Ils ne doivent pas être utilisés en présence d’objets générant de forts champs magnétiques, tels que des transformateurs ou des aimants permanents : ils risqueraient de dysfonctionner.