Sensibilité/temps de réponse d'un capteur photoélectrique

[benthexiii]

Bonsoir à toutes et à tous,

je suis actuellement en deuxième année de classe préparatoire. J'ai réalisé dans le cadre des TIPE un accélérateur électromagnétique aka un coilgun, qui est parfaitement fonctionnel. Ca fait du bien d'avoir un tipe fini avant avril .

J'ai en tête de nombreuses améliorations à apporter à ce prototype: ne comportant qu'une seule bobine, les pertes par frottement et par effet joules sont scandaleusement élevées. Le rendement n'est pas directement calculable . En effet , il est difficile de faire le lien entre la force reçue par un projectile ferromagnétique et l'intensité du champ dans lequel il est plongé au niveau de la spé.
mais en tirant partie de l'induction de Neumann, j'ai réussi à me bricoler un teslamêtre artisanal qui marche bien. En extrapolant la notion de moment magnétique d'un aimant permanent, j'arrive à une conclusion énergétique...Déplorable pour le rendement xD

à titre d'info, j'ai 90 joules dans mes capacités,et bien sûr je n'ai pas 400m/s en sortie (soit une conversion totale de l'énergie eletrostatique en énergie cinétique, scénario impossible mais qui place un cadre sur l'expérimentation).

donc:
-multiple coil design: rajouter une à deux bobines sur l'axe de l'accélérateur: la première arrache le projectile à son immobilité, tandis que les deux autres l'accélèrent.
-Solutions techniques pour alimenter les bobines "secondaires"
*un minuteur qui déclenche l'alimentation des bobines avec une temporisation choisie à l'avance. Solution qui me parait assez fufu à mettre en oeuvre. Le projectile allant quand même assez vite, je ne sais pas si un timer PRECIS, DE PETITE TAILLE ET ECONOMIQUE existe

la deuxième solution:
* des barrières photoélectriques qui une fois traversées par le projectile alimentent la bobine en aval. elle me parait plus "élégante" que la précédente, mais je suis un novice en optoélectronique, et on va dire un débutant dégrossi en électronique. Donc je me tourne vers vous pour savoir où est ce que je pourrais me trouver un topo sur l'optoélectronique et sur son utilisation dans des systèmes nécessitant de faibles temps de réponse.

En vous remerciant d'avance

Bonne soirée, et bon courage aux collègues prépationnaires.
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[bobflux]

Pas mal !

> je ne sais pas si un timer PRECIS, DE PETITE TAILLE ET ECONOMIQUE existe

Oui, n'importe quel microcontroleur peut remplir cette fonction...

> des barrières photoélectriques

On en trouve de toutes sortes, de la milliseconde à des fractions de nanosecondes.

Par exemple une photodiode rapide :

http://fr.farnell.com/vishay-semicon...05a/dp/1469358

Si tu mets ton capteur juste à côté des bobines, tu vas avoir un parasitage absolument énorme. Il te faudra un capteur très robuste avec un niveau de sortie élevé (genre 0-5V).

Par contre tu peux éventuellement déporter le capeur, avec une vibre optique, cela permettra de le placer dans un endroit un peu moins "hostile"...

[benthexiii]

Merci pour cette réponse rapide!
-Pour la temporisation, à mon niveau je pourrais gérer ça avec des AO et des condensateurs. Les condensateurs temporisent le basculement des AO and so on...
-Bien vu pour le parasitage, je n'y avais pas pensé. J'ai pas trop envie de blinder les bobines, sinon je vais atteindre la barre des 15kg plus vite que prévu...

j'essairerai de creuser cette histoire de fibre optique. Mais j'ignore comment transformer un signal lumineux en un signal électrique, je suppose que des modules font ça.
La photodiode me plait bien!

[bobflux]

Tu as besoin de quel temps de réaction pour le capteur ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[benthexiii]

Tout dépend de la vitesse du projectile, que je n'ai pas pu déterminer. Il me faudrait une caméra à haute vitesse, et je n'ai pas ça ni au lycée ni chez moi.

Après quelques essais statiques, la "poussée" conférée au projectile est maximale quand ce dernier est juste en train d'entrer dans la bobine (la pointe rentre juste dans la bobine)...

[benthexiii]

aurais-tu un exemple de détecteur de passage basé sur la fibre optique ou sur la photo diode?

encore une petite contrainte: le canon ne fait que 0.6-0.8mm de diamètre...

[PIXEL]

les photo-transistors sont idéaux pour ton sujet.


pour se fabrique des phototrans efficaces et bon marché , il suffit se "scalper" des transos en boitier métallique : 2N2222, BC108, etc....

[bobflux]

Tout dépend de la vitesse du projectile, que je n'ai pas pu déterminer. Il me faudrait une caméra à haute vitesse, et je n'ai pas ça ni au lycée ni chez moi.

Si tu veux une vague aproximation, tire à la verticale et poste un complice 2 étages plus haut qui regarde jusqu'où il monte... Ec=mgh tout ça. Te le prends pas dans la tronche quand il redescend

Soyons fous et supposons qu'il va à 100 m/s
Tu as besoin d'une précision de combien ? 5mm ?
Donc il faut que le temps de réaction du capteur soit précis à 50 µs près... ce qui est énorme donc n'importe quel phototransistor ou 2N2222 scalpé fera un capteur parfait. Prévois une résistance de collecteur assez faible pour que ce soit rapide, et une bonne illumination (LED de la longueur d'onde spécifiée pour ton phototransistor).

Rajoutes en 2 à la sortie espacés d'une distance connue pour mesurer la vitesse.

Faut essayer !

[benthexiii]

j'avais pensé à réquisitionner le gymnase du lycée pour faire un tir parabolique, mesurer la portée et en déduire Vo.

Pouvez-vous être plus explicite sur le "scalp" d'un transistor?

[PIXEL]

Pouvez-vous être plus explicite sur le "scalp" d'un transistor?

10 secondes de gogol :


http://www.fleurey.com/weblogs/franc...oto-transistor

[jiherve]

Bonjour,
Aujourd'hui nous ne sommes plus dans les années 60 ou l'on grattait la peinture d'un OC70 pour faire un photo transistor, il existe des composants ad hoc, souvent lentillé pour faire le boulot, en particulier la série (ancienne) CNY xx.
Pour la vitesse une photodiode PIN et un ampli transconductance, temps de réponse de l'ordre de 10ns sans problème.
JR

[benthexiii]

excellent! merci beaucoup

[PIXEL]

Bonjour,
Aujourd'hui nous ne sommes plus dans les années 60 ou l'on grattait la peinture d'un OC70 ...snip....
JR

vu le peu de moyens donnés au gamins pour les TPE, je donne des soluces simples, éprouvées et bon marché...

désolé de ne pas faire tourner le commerce , j'assume et je m'en fou.

[jiherve]

Re
Je te comprends bien et je soutiens sans réserve le coté diy , mais cela vaut environ 1 € chez l'épicier du coin et au moins il y a les caractéristiques optiques.
JR

[benthexiii]

Je ne me mettrais pas à bosser ce projet avant la fin des concours. Soit fin juillet.

je voulais juste avoir une idée de ce qui était possible. Je suis béotien en matière d'optoélectronique, je n'ai qu'une vague idée de comment ramener les signaux lumineux à un signal électrique.

Avez-vous un exemple de circuit électronique remplissant en gros cette fonction pour que je vois quels composants utiliser?

merci = )

[bobflux]

Le plus rapide c'est une photodiode mais c'est un peu compliqué à utiliser car le signal est faible et il faut un amplificateur spécial (de préférence rapide), choses qui font que ça n'apprécie pas vraiment le voisinage d'une bobine de coilgun. Comme tu n'as pas besoin d'un temps de réponse ultrarapide, oublie.

Un phototransistor c'est tout bête : la lumière se comporte "grosso modo" comme un courant de base, donc plus le photoT reçoit de lumière plus il laisse passer de courant. Avantage : il y a du gain, donc le signal est fort.

Par exemple tu mets en série : +5V => Résistance => phototransistor => masse, au point central entre le phototransistor et la résistance tu as une tension qui dépend de l'éclairement (5V - R.i) ... si tu veux le signal dans l'autre sens, tu inverses la résistance et le photoT.

Tu l'éclaires avec une LED de la bonne longueur d'onde, prends une LED haute luminosité avec un faisceau étroit, tu auras un signal plus fort.

[benthexiii]

Y a-t-il une longueur d'onde à privilégier?

j'ai fait un premier jet, à base d'ao en mode non linéaires pour alimenter les thyristors.

J'ai trouvé une petite annonce de barjo sur ebay: des condensateurs électrolytiques neuf de 680 µF , 400V pour 2€50 pièce...j'ai craqué x ).

[benthexiii]

Voila le fameux premier jet. Je m'excuse pour la qualité de la photo et pour l'irrespect flagrant envers les règles de représentations des transistors ( que j'ai oublié ) et de celle des phototransistors ( que j'ignore ^^ ).

http://picasaweb.google.com/11286685...06097290836834

à gauche, j'ai essayé de représenter la barrière photoélectrique.

La tension d'entrée de l'ao est prise entre le phototransistor et la résistance sans référence.

L'ao est censé être en fonctionnement non linéaire car bouclé sur le +. Normalement il suit un cycle d'hystérésis.

L'idée,c'est que tant que la tension d'entrée Ue de l'ao est plus faible que la tension de basculement Vo ( fonction de R1 et R2 ), la tension de sortie reste égale à - Vsat et donc la diode à droite est bloquée...



heu, bémol, je suis censé repérer une chute de l'éclairement, donc une chute de tension...Boaf, pas grave, suffit de tripoter la diode ou l'ao.


donc: lorsque le transistor fait atteindre à Ue la valeur critique +Vo ou - Vo ( à voir ) , l'ao bascule, la diode devient passante, le thyristor à droite est alimenté, et les condensateurs se déchargent dans la bobine.

Qu'en pensez vous?

[bobflux]

Hum tous les symboles sont faux

> L'ao est censé être en fonctionnement non linéaire car bouclé sur le +

Tu l'as bouclé sur le - dans le schéma ()

Quand tu veux un comparateur, mets un vrai comparateur, pas un AO. Genre un LM329 (le classique).

Tu n'as pas besoin d'un trigger de schmitt, un simple comparateur suffit, mets un potar pour le seuil. Le thyristor une fois déclenché, il le reste...

Quand au phototransistor, plus il est éclairé, plus le courant qu'il laisse passer est important. Donc si tu veux une impulsion vers le positif ou le 0 quand la boulette passe, il te suffit de le placer du bon côté.

[benthexiii]

A oui en effet -_- on va dire qu'il était tard.

Merci bien, je vais plancher sur ça.

[benthexiii]

http://home.cogeco.ca/~rpaisley4/Comparators.html

allez voir à "Basic Comparator", "Photocell circuit".

C'est une bonne base pour commencer non? en ne gardant que la bonne partie du circuit et en remplaçant une des résistance par un potar pour régler le seuil...

je n'ai pas eu le temps de l'étudier en détail, faut que je file en cors ; ).

Merci et bonne journée

[benthexiii]

Any feedbacks?

[benthexiii]

phototransistor:

http://fr.farnell.com/vishay/bpv11/p...3-4/dp/1045525

diode émettrice ( dans la bonne longueur d'onde ):

http://fr.farnell.com/osram/sfh4350/...0nm/dp/1573493

comparateur:

http://fr.farnell.com/on-semiconduct...smd/dp/1468705


voila pour les composants dédiés.

est-ce correct?

[bobflux]

Donc en gros :

1- la boulette passe devant le capteur

Là il y a abiguité : on peut choisir comme instant de référence le moment où la boulette interrompt le faisceau, ou celui où elle quitte le faisceau, quand elle a fini de passer. A toi de voir...

2- on attend un délai T (réglable)

3- on déclenche le thyristor avec une impulsion positive d'une durée T' (voir datasheet du thyristor)

réalisation :

Pour le 1 :

http://sketchtag.com/KRk2DQZV0E

Un LM339, le comparateur de base, sortie collecteur ouvert. Attention, les tensions d'entrée peuvent aller à 0V, mais pas jusqu'à la tension d'alim (il n'est pas rail to rail) (d'où une résistance supplémentaire).

Donc on obtient une belle impulsion bien raide vers le 0V quand la boulette arrive.

Pour le 2 et le 3, deux one-shot (monostable) à base de 555 (un circuit 556 donc) qui te permettent de calibrer précisément les délais :

http://sketchtag.com/KRk2Je97zw

Les monostables sont les boîtes carrées.

Je ne mets pas le schéma du monostable, il est dans la datasheet du 555 (et partout sur le net). Le RC transforme un flanc descendant en petit pic qui déclenche le monostable, il sort une impulsion d'une longueur connue.

Donc à la sortie, tu as une impulsion pour ton thyristor.

Tu peux aussi faire des monostables avec les 3 comparateurs qui restent dans le LM339...

[bobflux]

Ta LED est bien, elle a un faisceau étroit, tu auras plus de lumière sur le détecteur.

Par contre, si tu veux pas payer 15€ (HT) de port pour 3€ de composants, prends plutôt électronique diffusion que farnell !

[benthexiii]

Merci pour ces dessins!

Quelques questions:
-Dans le deuxième schéma, les durées T et T' sont réglables. Je suppose par des potars. Ou dois-je les disposer?
-Tu pourrais me donner un ordre de grandeur des capacités et des résistances à employer? je peux simuler tout ça sur mon pc.
-La valeur de Vcc: elle est donnée à 36V, +- 18V pour le LM339. Tu peux m'expliquer pourquoi on a une telle amplitude? Je n'ai pas encore eu mon cours sur les transfos, mais il me semble que ça ne fonctionne qu'avec du courant alternatif(j'espère que je ne raconte pas n'importe quoi ^^ ). Alors comment élever la tension initiale,prise sur une pile ou une batterie, de qq volts à 20 volts?

[bobflux]

> T et T' sont réglables. Je suppose par des potars.

oui

> Ou dois-je les disposer ?

choisis si tu vas faire tes monostables avec des 555 ou des comparateurs et travaille un peu XD

> Tu pourrais me donner un ordre de grandeur des capacités et des
> résistances à employer? je peux simuler tout ça sur mon pc.

Raaah, fais le calcul !

Pour les monostables, pars de 10 nF, pour les RC aussi... comme ça tu n'as plus qu'à calculer les résistances !

> La valeur de Vcc: elle est donnée à 36V, +- 18V pour le LM339

C'est la valeur maximum admissible, la valeur minimum à laquelle le circuit fonctionne est dans la datasheet (je me souiens plus), regarde si la tension que tu as est dans la bonne fourchette.

> il me semble que ça ne fonctionne qu'avec du courant alternatif

Tu veux dire une alimentation symétrique je pense ... il n'y a pas de borne de masse sur un AOP ou comparateur donc +/- 5V et +10V pour lui ça ne fait aucune différence.

La phrase clé est "input common mode includes V-".

[benthexiii]

Aha, merci.

en fait, étant en prépa, je dois me forcer à repousser ce projet à plus tard.

j'aurais le temps d'y réfléchir plus tard.

Mais merci pour ces éclaircissements.

[benthexiii]

bonjour à tous,

j'ai trouvé ce circuit sur internet qui présente la charge et la décharge d'un banc de condensateurs opto-commandés. Courtesy of chynehome, excellent site.

Cependant,certains composants et notamment les diodes me paraissent sous dimensionnées pour la tâche. J'envisage en effet un pic de courant dans la première bobine de l'ordre de 800-1KA.

Qu'en pensez-vous? le circuit vous parait-il OK?



D'après ce que j'ai compris: tant que U2 ( le phototransistor) est éclairé, il est passant et alimente Q2 qui court-jute le thyristor. Lorsque le projectile passe, U2 devient résistant, cesse d'alimenter Q2 et le thyristor est alors alimenté. Am I right or wrong?

merci = )
NB: vous constatez que le circuit ne comporte pas de temporisation pour déclencher les bobines 2 et 3. Il sera toujours temps de la rajouter après.

[invitedb7454b1]

ok merci beaucoup.