Amélioration d'une barrière IR

[inviteeb01d976]

Bonjour,

J'ai réalisé une barrière infrarouge à l'aide d'une LED (L53F3BT) et d'un phototransistor (L53P3C) avec le nécessaire pour me retrouver avec un signal "tout ou rien" - le but étant de détecter rapidement (au maximum quelques dizaines/centaines de microsecondes) si le faisceau est coupé.

Je suis conscient que la LED choisie n'est pas des plus puissantes, mais voilà ma question : est-ce réaliste d'imaginer que si j'alimente la LED en PWM (plutôt qu'en continu actuellement), je pourrai lui soumettre des pics de courant plus grands, donc augmenter la portée de ma barrière ?
J'imagine qu'il faudrait ajouter un condo à la récéption pour ne pas détécter une coupure à chaque pic, et qu'il faudrait une fréquence assez élevée pour garder la réactivité souhaitée.

Mon raisonnement vous semble-t-il possible ?
Merci d'avance
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[invitee5da1686]

salut

si tu veut pouvoir detecteur une coupure de 10 µsecondes il te faut un signal non moduler

si ta led est eteinte pensant 10 µsec comment veut tu detecter un obstacle rapide ?

je pense que le mieux serait un laser non modulé et a la reception un comparateur de seuil du laser ...

[inviteeb01d976]

Merci pour ta réponse MorpheusPic.

si ta led est eteinte pensant 10 µsec comment veut tu detecter un obstacle rapide ?

C'est justement là où je voulais en venir ; peut-on réellement alimenter une led IR (L53F3BT) à des fréquences de cet ordre de grandeur ? Car si je peux par exemple l'allumer 10µs toutes les 20µs (ou 100µs/200µs, je sais pas ce qui est physiquement faisable, ou autre duty-cycle ?), ça me permettrait quand même de détecter une coupure du faisceau au pire dans les 10-20µs (resp. 100-200µs) après le début de la coupure, non ?
(Je précise, la coupure de faisceau à mesurer dure suffisamment longtemps, l'idée c'est d'en détecter le début le plus vite possible.)

Bien sûr qu'un laser améliorerait clairement la portée, mais je cherche à savoir si on peut améliorer la solution actuelle, à led IR.

Merci encore

[invitee05a3fcc]

Oui, tu peux pulser ta LED I.R 10µS toutes les 100µS (ou toutes les 20µS). Mais ton incertitude sur l'instant de détection sera de 100µS (ou 20µS) ....

Tout dépend ce que tu veux bien accepter comme incertitude ... et comme on ne sait pas à quoi ça sert.

[A voir en vidéo sur Futura]

[inviteeb01d976]

Merci DAUDET78.

D'accord. Une incertitude de 10µs serait l'idéal.
Sur la datasheet, je vois "Peak Forward Current : 1.2A".
Faut-il en déduire que je peux pulser ma led 1µs toutes des 10µs à 1.2A ? Ou suis-je en train de réinventer le corps de chauffe ?

Si je résume :
- actuellement j'ai une puissance moyenne (consommée) de 50mA * 1.4V = 70mW.
- Avec les données ci-dessus (1/10 duty-cycle) ça ferait donc environ 1.2A * 1.5V(?) * 1/10 = 180mW
Donc ma barrière devrait effectivement voir sa portée augmenter, si j'ai bien compris.

[invitee05a3fcc]

Faut-il en déduire que je peux pulser ma led 1µs toutes des 10µs à 1.2A ?

Ta diode est assez mal spécifiée en pulse ... la note(1) 100µS de pulse avec une période de 1mS, elle se réfère au courant crête de 1,2A ? ? ?

Cela me semble beaucoup ..... un courant moyen de 120mA alors que le courant max est de 50mA ? ? ?

Et il n'y aucune courbe typique au delà de 100mA ? ? ?

Bref, je ne dépasserais pas 500mA en pulse avec un ratio 1/10 .
Si tu fais des pulses d'une microseconde, il faut que ton phototransistor (et son électronique) suive, ce qui est à regarder de près !

[inviteeb01d976]

Merci pour les conseils. Effectivement la datasheet est un peu minimaliste...

Alors avec 500mA en pulse (5µs toutes les 50µs, car effectivement mon phototransistor a un "Rise/Fall Time" de 3µs), si je refais le calcul de mon post précédent, je trouve que la puissance moyenne consommée par la led est similaire avec ou sans modulation (env. 70mW).
Du coup, est-ce que la modulation va vraiment améliorer la portée de ma barrière ?

J'ai essayé de faire un schéma pour l'émission, mais il y a certainement des erreurs ?

[invitee5da1686]

tu peut peut etre essayer les recepteur 36 KHZ comme il y a dans les TV pour les telecommandes c'est hyper sensible simple et pas cher

il en existe a d'autres frequences que 36 khz pour eviter les interferences avec une telecommande de TV

[Tropique]

Du coup, est-ce que la modulation va vraiment améliorer la portée de ma barrière ?

Dans ton cas, non. Cela dérive des théories du signal, avec une certaine puissance, tu as une certaine portée, quelque soit la manière dont tu répartis cette puissance dans le temps.
On emploie des modulations plus ou moins complexes pour augmenter la portée, mais en réalité, c'est une manière de réguler la bande passante utile; s'il faut réagir vite, il n'y a rien à faire, les fondamentaux sont incoutournables, et il n'est plus possible de ruser.
Le seul avantage de la modulation dans ton cas, si elle est assez rapide, c'est de discriminer par rapport à la lumière ambiante.
Et dans ce cas, tu as intérêt à employer un rapport 1/1, moins stressant pour les composants, et une démodulation synchrone, qui augmentera les performances au max, tout en permettant l'emploi d'un filtre échantillonné ayant un temps de réponse égal à la période de découpe.

[bobflux]

On ne sait pas quelle est ta portée actuelle ou celle que tu souhaiterais avoir.

Ça m'étonne que personne n'ait parlé d'optique. Si tu prends une LED avec un faisceau plus étroit (ou que tu mets une optique devant la LED) tu peux envoyer une plus grande quantité de lumière sur le capteur et donc augmenter la portée (l'optique ultime étant un faisceau parallèle, ie laser).

[invitee05a3fcc]

Dans ton cas, non. Cela dérive des théories du signal, avec une certaine puissance, tu as une certaine portée, quelque soit la manière dont tu répartis cette puissance dans le temps.

On est en transmission Infrarouge, pas en transmission radio. Le photodétecteur est sensible à la puissance crête du signal.

[polo974]

Il y a 5 façons d'augmenter la portée:
augmenter la puissance (c'est bourrin, mais ça marche)
augmenter la sensibilité du récepteur (il y a une limite théorique, il ne suffit pas d'amplifier bêtement)
réduire la bande passante (ce qui baisse la limite théorique)
choisir une modulation plus performante (une émission continue étant la plus mauvaise)
améliorer la directivité (à l'émission et à la réception)

concentrer l'énergie d'un facteur 3 à chaque bout devrait faire gagner un facteur 9 en portée...
(mais comme c'est de l'infrarouge, on ne voit pas facilement... il faut être consciencieux et méthodique lors de l'ajustement.)

moduler ET démoduler doit permettre un gain significatif également (idée des récepteurs IR pertinente, mais on peut faire mieux!).

[Tropique]

On est en transmission Infrarouge, pas en transmission radio. Le photodétecteur est sensible à la puissance crête du signal.

C'est un malentendu courant.
L'infrarouge est une onde EM comme une autre, et une photodiode est en première approximation un récepteur linéaire.
Si on envoie plus de puissance de crête, cela signifie que l'on modifie la répartition temporelle de la puissance, donc que l'on module, ce qui réduit la bande passante.
Le facteur de performance de la transmission, le produit de la portée par la vitesse, ne dépend que de la puissance moyenne émise.
Indépendamment de cela, il peut être avantageux de moduler, pour traiter plus facilement le signal, ou pour discriminer par rapport à d'autres signaux, mais ce sont essentiellement des considérations d'ordre pratique.

[invitee05a3fcc]

Si on envoie plus de puissance de crête, cela signifie que l'on modifie la répartition temporelle de la puissance, donc que l'on module, ce qui réduit la bande passante.

Moi, je te parle de la portée (je ne vois pas trop la notion de bande passante dans une transmission infrarouge par tout ou rien)
Comme on n'est pas sur la même longueur d'onde, le mieux c'est de faire une manip ....

[Tropique]

En modulant, on peut effectivement augmenter la portée, à l'infini même si on ne se préoccupe pas du temps de réponse (ce qui est souvent le cas dans certaines limites).
Par exemple, si on envoie 1µW pendant 1000s, ce sera beaucoup moins facilement détectable qu'un flash de 1W pendant 1ms.... mais il faudra attendre 1000s avant de pouvoir en recréer un.
Dans ce cas ci, la situation est particulière, et il faut détecter aussi vite que possible, et les limitations implicites ou explicites de bande causées par la modulation ou le codage ne sont plus acceptables.
Ce qui ne laisse que les options les plus fondamentales pour augmenter la portée: améliorer le bilan optique, augmenter la puissance, etc

[inviteeb01d976]

Merci à tous pour vos réponses !

Donc d'après vos commentaires, je vois quand même 2 avantages dans mon cas à utiliser une modulation (mettons 5µs toutes les 50µs, un retard dans la détection de 50µs étant encore admissible) :
- 1. j'augmente la portée puisque la led est alimentée par pics de 500mA plutôt que 50mA en continu
- 2. et je me discrimine par rapport à la lumière ambiante (à condition de "vérifier" la fréquence qu'on reçoit plutôt que de "linéariser" simplement les pics de réception avec un condo)

Je vais déjà essayer de moduler avec la schéma que j'ai posté ci-dessus et de vérifier le point 1. , je vous tiendrai au courant de mes mesures.

Je note les considérations optiques, prendre une led plus puissante, voir laser, récepteur 36 KHZ de télécommande, etc. qui amélioreraient surement la portée. Toutefois l'idée ici est de voir si l'on peut améliorer la solution actuelle.

Plus pratiquement, quelqu'un pourrait-il me donner son avis sur l'oscillateur à transistors que j'ai posté quelques messages plus haut ? Je comprends le principe de ce type de circuit, mais mon adaptation est-elle juste ?
(Pour alimenter la led 5µs à 500mA, puis OFF pour 50µs, etc.)

Merci beaucoup

[Tropique]

Voici un exemple de barrière à fonctionnement synchrone, rapide.

Un IC CD4053 est mis à toutes les sauces: en maître-oscillateur d'abord, en amplificateur en suite, et enfin en démodulateur.
Cela a l'avantage de permettre un circuit simple et très économique, mais cependant étonnament performant: avec une simple LED rouge comme émetteur et un transistor BCY58 trépané comme récepteur, le circuit fonctionne jusqu'à une dizaine de cm en mode réflexif.

La faible résistance de polarisation et le mode de fonctionnement synchrone le rendent complètement insensible à la lumière ambiante, même quand elle est produite par des TL alimentés par des ballasts HF.

La fréquence de fonctionnement est de quelques dizaines de KHz, et le temps de réponse de quelques dizaines de µs.

Il est important d'avoir de bons découplages et de soigner les masses: le CD4053 employé en linéaire a un gain assez monstrueux, et des négligences peuvent dégrader les performances.
Le deuxième étage est particulièrement m***ique: d'ailleurs, en l'absence de signal, il oscille en permanence en HF, ce qui ne l'empêche absolument pas de fonctionner.
Le détecteur synchrone l'ignore totalement, une cellule passe-bas R13/C8 permet de ne pas le saturer.

Le montage est compatible avec différents types de détecteurs, photodiodes ou phototransistors.

Ce circuit a été effectivement réalisé et testé.

[invitee05a3fcc]

récepteur 36 KHZ de télécommande, etc. qui amélioreraient surement la portée.

un TSOP2236 a un retard non négligeable

l'oscillateur à transistors que j'ai posté quelques messages plus haut ?

marche pas .... utilise un NE555+NPN