Qu’est-ce qu’un capteur d’angle ?
Les capteurs d’angle sont des capteurs permettant de détecter des informations angulaires à partir de la position d’un objet, par exemple.
Récemment, le besoin de détection de position de haute précision a augmenté en raison de l’usinage de précision, de la fabrication de semi-conducteurs, de l’automobile et de la robotique. De ce fait, le besoin de mesurer des angles précis pour la détection de position augmente également.
Ces capteurs sont généralement disponibles avec des méthodes de détection d’angle magnétiques, optiques, inductives ou potentiométriques. Il est ainsi important de choisir la méthode la plus appropriée en fonction de l’usage prévu.
De plus, les capteurs d’angle, qui détectent les forces inertielles telles que la vitesse angulaire et l’accélération en plus de l’angle, ont récemment attiré l’attention pour soutenir la conduite automatisée. La tendance est à l’utilisation de capteurs gyroscopiques ainsi qu’aux capteurs d’angle conventionnels.
Utilisations des capteurs d’angle
On les utilise dans l’usinage de précision, la fabrication de semi-conducteurs, l’automobile et la robotique.
1. Automobile
En détectant l’angle du vilebrequin et l’angle de la came à l’aide de de ce capteur, il est alors possible de calculer le moment et la durée optimaux de l’injection de carburant. On peut également le retrouver dans la direction assistée électrique et la suspension à commande électronique.
2. Robots
Les capteurs d’angle sont utilisés pour détecter et contrôler la position des bras de robots.
Principe des capteurs d’angle
Il existe quatre types généraux de principe de capteurs d’angle : magnétique, optique, inductif et potentiomètre.
1. Type magnétique
Cette méthode détecte les angles en mesurant la tension générée lorsqu’un champ magnétique est appliqué perpendiculairement à un élément Hall traversé par un courant. Ce phénomène est connu sous le nom d'”effet Hall”.
2. Type optique
Cette méthode détecte les angles à partir du nombre d’impulsions lumineuses détectées en faisant passer la lumière à travers un disque doté d’une grille en forme de fente. Elle est connue sous le nom de “méthode par transmission”, tandis qu’une autre méthode est connue sous le nom de “méthode par réflexion”.
La méthode par réflexion mesure l’angle à partir des impulsions lumineuses qui rebondissent de l’élément émetteur de lumière sur le disque et sont reçues par l’élément récepteur de lumière.
3. Type inductif
Le type inductif se compose d’une bobine primaire, d’une bobine secondaire et d’un noyau en forme de came tournant entre celles-ci. Lorsqu’une tension est appliquée à la bobine primaire, la secondaire délivre une tension qui dépend de la position du noyau. Ainsi, l’angle peut être détecté à partir de l’ampleur de cette tension.
4. Type de potentiomètre
Les potentiomètres ont des bornes et des balais qui tournent sur un élément résistif. L’angle de rotation du balai peut être mesuré en mesurant la résistance entre les bornes.
Autres informations sur les capteurs d’angle
1. Avantages des capteurs d’angle magnétiques
Les capteurs d’angle magnétiques utilisent l’effet Hall pour convertir les variations du champ magnétique en une valeur de tension et délivrer le signal sous forme de sortie analogique. Contrairement aux capteurs d’angle potentiométriques, les magnétiques peuvent avoir deux systèmes de sortie : les deux valeurs de sortie sont généralement différentes, sauf pour la position neutre.
Les deux systèmes de sortie augmentent la valeur détectée et la fiabilité du capteurs d’angle. Les centres angulaires potentiométriques nécessitent deux capteurs afin d’assurer une détection d’angle à 360°, car il y a toujours un angle mort dans le capteur en raison de sa structure.
Les capteurs d’angle magnétiques, en revanche, peuvent détecter 360° avec un seul capteur. Cela présente l’avantage de réduire le nombre de composants. Les capteurs étant sans contact, ils présentent moins de facteurs de défaillance et ont une durée de vie plus longue que ceux à contact tels que les capteurs d’angle à potentiomètre.
Toutefois, en cas de défaillance, il convient de prêter attention à la distance par rapport au corps de détection. Si le réglage de la distance n’est pas pris en compte lors de la réinstallation du capteur, une défaillance prématurée du capteur d’angle se produira en cas de contact. Par conséquent, le capteur ne pourra pas détecter l’angle correctement si la distance par rapport au corps de détection est trop importante.
2. Sortie analogique du capteur d’angle
La valeur de tension est délivrée par un changement de résistance électrique à la sortie analogique d’un capteur d’angle. La méthode de sortie est souvent la tension, mais elle peut aussi être le courant. Ainsi, la plage de sortie de la sortie analogique diffère selon le capteur d’angle choisi. Pour la tension, la plage n’est pas seulement de 0-5 V, mais aussi de 0-10 V. Il est donc important de vérifier attentivement les spécifications du fabricant.
Les capteurs d’angle ont besoin d’un circuit d’alimentation et d’une masse (GND) pour fournir une sortie analogique. Ils possèdent donc trois bornes, qui sont respectivement la borne d’alimentation, la borne de terre (GND) et la borne de sortie analogique. Si la sortie analogique est anormale, la cause peut être un câblage ou une connexion anormale ainsi qu’un défaut dans le capteur lui-même.