[Projet] Transmettre une information par électromagnétisme

[invitef5886cbc]

Bonjour,
Je suis actuellement en 2ème année de prépa et j'ai donc un TIPE à préparer pour les oraux qui se dérouleront fin juin début juillet.
L'idée c'est de transmettre une information avec un champ magnétique. Je m'explique: on envoie un courant sinusoïdal à l'aide d'un GBF dans une bobine à noyau de fer doux qui va créer un champ magnétique variable et on récupère ce champ sur un capteur à effet placé à environ 10 cm de la bobine.
On a acheté une carte arduino avec un écran LCD qui nous sert à alimenter le capteur à effet Hall (on a deux capteurs linéaires A1301 et A1302) et à afficher le message transmis, le but étant de différencier les messages selon la fréquence du champ magnétique.
La bobine que nous utilisons à les caractéristiques suivante: 1000 Spires, L=36mH, R=9.5Ohm et Imax=1.25A.
Le problème que nous avons c'est que nous captons rien notamment à cause du faible courant fournis par le GBF, de l'odre de 26mA. On a alors décidé de réaliser un amplificateur de courant qui nous donne seulement 120mA, on ne détecte donc toujours rien (seulement les 2.5V envoyés par le capteur sans champ magnétique extérieur et du bruit) et ce même en affichant la sortie du capteur sur un oscilloscope.
Tout d'abord, est-il faisable de recevoir le signal assez proprement et si oui avec quelles solutions techniques ?


En pièce jointe je vous met un schéma du montage et le datasheet du capteur à effet hall.
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[invitee05a3fcc]

Ton "ampli" si on peut appeler ça un ampli, n'amplifie que la partie positive de ton signal provenant du signal GBF .
Et avec 1Mo en série, il amplifie que dalle .....

[invitef5886cbc]

D'accord, il faut réduire la résistance de 1Mo ou carrément la supprimer ? Oui on a pensé au fait que seul la partie positive du signal serait modifiée d'où l'idée de mettre un offset pour avoir toujours un signal positif !

[Antoane]

Bonsoir,

Peux-tu nous expliquer comment tu as dimensionné ton ampli ?
Comment as-tu mesuré ces courant (26mA et 120mA) ?
Quelle est la bande de fréquence de travail ?
Comment la bobine (solénoïde ?) est-elle orientée par rapport au capteur ? celui-ci la regarde-t-elle de face, vers le trou ou de profil, vers le flan ?
Comment le capteur est-il lui-même orienté ?

Il y aura de toute façon probablement besoin d'un traitement du signal entre la sortie du capteur et l'arduino. Tu peux donc oubier ce dernier pour l'instant et ne travailler qu'avec l'eoscilloscope.

Ton ampli fait-il bien son travail ? Qu'en pense l'oscilloscope ?
Etant donnée la tension d'alim de 15V, quel est le courant max que tu peux atteindre dans ta bobine supposant un amplificateur parfait ?
As-tu fais une étude théorique, au moins grossière indiquant quelle tension tu devrais obtenir en sortie du capteur ? Que se passe-t-il si tu rapproches le capetur de la bobine ?

Nota : ces questions ne sont pas rhétoriques...
Nota² : tu es conscient que tu n'es pas en train de "Transmettre une information par électromagnétisme" mais bien de " transmettre une information avec un champ magnétique".

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitee05a3fcc]

d'où l'idée de mettre un offset pour avoir toujours un signal positif !

Vaudrait mieux apprendre à polariser un transistor !
Au fait, ton GBF est à quelle fréquence ?
Et ta self fait quelle valeur ?

[invitef5886cbc]

Bonsoir,

Peux-tu nous expliquer comment tu as dimensionné ton ampli ?
Comment as-tu mesuré ces courant (26mA et 120mA) ?
Quelle est la bande de fréquence de travail ?
Comment la bobine (solénoïde ?) est-elle orientée par rapport au capteur ? celui-ci la regarde-t-elle de face, vers le trou ou de profil, vers le flan ?
Comment le capteur est-il lui-même orienté ?

Il y aura de toute façon probablement besoin d'un traitement du signal entre la sortie du capteur et l'arduino. Tu peux donc oubier ce dernier pour l'instant et ne travailler qu'avec l'eoscilloscope.

Ton ampli fait-il bien son travail ? Qu'en pense l'oscilloscope ?
Etant donnée la tension d'alim de 15V, quel est le courant max que tu peux atteindre dans ta bobine supposant un amplificateur parfait ?
As-tu fais une étude théorique, au moins grossière indiquant quelle tension tu devrais obtenir en sortie du capteur ? Que se passe-t-il si tu rapproches le capetur de la bobine ?

Nota : ces questions ne sont pas rhétoriques...
Nota² : tu es conscient que tu n'es pas en train de "Transmettre une information par électromagnétisme" mais bien de " transmettre une information avec un champ magnétique".

Bonjour Antoane, tout d'abord merci de prendre le temps de t’intéresser à notre projet.
L'amplificateur a été réalisé par notre prof de Physique donc nous avons juste appliqué à la lettre les informations qu'il nous a donné mais apparemment il n'est pas correct ...
Les courants ont été mesurés en plaçant un ampèremètre avant la résistance de 1MOhm pour le 26mA et un Ampèremètre entre la sortie de la résistance Rc et la borne C du transistor 3055, ce qui correspond au courant Is pour le 120mA.
Pour l'instant, pour éviter les pertes par courant de Foucault qui croient avec la fréquence au carré dans le noyau ferromagnétique nous essayons d'envoyer un signal de 70Hz.
Le capteur "debout" (les 3 pattes vers le sol) fait face à l'axe du solénoide, donc fait face au noyau qui est placé dans le trou.

Mon ampli fait pas très bien sont travail car on arrive rapidement à saturation et on n'arrive qu'à 120mA sans perdre le signal sinusoïdal souhaité avec le montage que je cous ai décrit. L'ampli parfait nous permettrait d'avoir un courant de l'odre de 1A tout en conservant ce signal sinusoïdal.
Le montage a été fait par mon prof et à vrai dire je lui faisait confiance donc je n'ai pas fait de calcul théorique et je ne pense pas avoir les moyens de le faire car je n'ai pas étudié les transistors en détail, après en m'y plongeant avec des cours sur internet, peut-être ...

Et oui je suis conscient que c'est bien une transmission d'information par champ magnétique et le titre du poste va être modifié.

Vaudrait mieux apprendre à polariser un transistor !
Au fait, ton GBF est à quelle fréquence ?
Et ta self fait quelle valeur ?

Comme je le disais à Antoane j'ai juste fait confiance à mon prof et je n'ai pas étudié en détail des transistors. Le GBF est à 70Hz et la self à les caractéristiques suivantes: 1000 Spires, L=36mH, R=9.5Ohm et Imax=1.25A.

[invitee6c3c18d]

bjr.
Faudrait donner des détails sur le type d'information a transmettre, et la stratégie choisie pour y parvenir.

[invitef5886cbc]

bjr.
Faudrait donner des détails sur le type d'information a transmettre, et la stratégie choisie pour y parvenir.

Salut, le but est en fait de récupérer le champ magnétique sinusoïdal de notre bobine, d'analyser la fréquence du champ magnétique sur une carte Arduino (sur laquelle est branchée le capteur à effet hall) et en fonction de cette fréquence transmettre un message sur un écran.
Ce qu'on compte faire, c'est qu'une fois que le signal reçus sera suffisant pour l'exploiter, on réalise une détection synchrone ou un filtrage numérique avec un passe-bande pour extraire la fréquence dans le bruit. Puis ensuite la partie analyse de la fréquence et affichage du message ne sont que de la programmation plutôt facile !

[invitee6c3c18d]

Donc l'information à transmettre c'est la sinusoïdale 15V/1A elle mm et rien d'autre, c'est bien ça ?

Je pense ton prof t'a orienté sur un ampli dans un style "audio" classe A, donc un rendement vers les 5% (c nul mais le circuit a l'avantage de la simplicité) ça suppose que le transistor aura besoin d'un énorme radiateur pouvant dissipé les 15W je pense que c'est ce que je vois sur la photo. Tu vérifieras tout de mm ce point là au cas ou..

Dans le cadre d'ampli, un schéma balancé comme ça... hum ça pouvait pas marcher... En fait il faut faire une étude papier / crayon

j'essayerais de trouver un exemple cours/TDs ça me fera réviser un peu, j'avoue avoir complétement oublié ces méthodes

[invitef5886cbc]

Donc l'information à transmettre c'est la sinusoïdale 15V/1A elle mm et rien d'autre, c'est bien ça ?

Je pense ton prof t'a orienté sur un ampli dans un style "audio" classe A, donc un rendement vers les 5% (c nul mais le circuit a l'avantage de la simplicité) ça suppose que le transistor aura besoin d'un énorme radiateur pouvant dissipé les 15W je pense que c'est ce que je vois sur la photo. Tu vérifieras tout de mm ce point là au cas ou..

Dans le cadre d'ampli, un schéma balancé comme ça... hum ça pouvait pas marcher... En fait il faut faire une étude papier / crayon

Le but est de récupérer la sinusoïde, pas forcement de même amplitude mais surtout de même fréquence dans le capteur à effet Hall. Ensuite pour le but de l'ampli de courant, c'est d'avoir un courant de 1A qui pourra passer dans la self effectivement !
D'accord, ce week-end je vais m'y pencher de plus prêt sur le montage.

[inviteede7e2b6]

un ampli symétrique classe B serait moins énergivore et plus moderne.

biscotte le shéma du prof...... sans commentaires !

[invite4feac4d8]

Bonjour,
Je suis la deuxième personne qui travaille sur ce projet et donc dans la même situation que yoppyop.

Pour te répondre ranarama, nous avons aussi prévu des dissipateur de chaleur pour éviter que les composants ne surchauffe dans notre montage amplificateur de courant. Il n'y a donc pas de soucis de ce côté là.

Quant au gain de courant prévu théoriquement, celui ci devrait être de 5000 dans la cas parfait si l'on ne sais pas trompé avec notre professeur. Par conséquent si je ne me trompe pas, en prenant en compte le rendement de 5% dont tu viens de parler, nous devrions avoir un gain de 250. Ce qui est encore assez loin des 5 observés. A quoi cela peut-il être du ?

[Antoane]

Bonjour,

Le courant dans le bobine sera maximal lorsque le transistor se comportera comme un court-circuit (entre émetteur et collecteur). Alors, l'impédance totale sur le chemin du courant sera compoesée de
- Rc=18Ohm ;
- La résistance interne de la bobine =9.5Ohm ;
- l'impédance de la bobine elle-même = j*L*w~14Ohm
soit, au total : |Z|~30Ohm. le courant max sera donc limité à environ ~500mA crête, soit ~300mA RMS environ (de tête, je te laisse faire un calcule plus précis).

Très clairement un ampli push-pull (classe B) sera plus simple et plus performant.

[Antoane]

Quant au gain de courant prévu théoriquement, celui ci devrait être de 5000 dans la cas parfait si l'on ne sais pas trompé avec notre professeur. Par conséquent si je ne me trompe pas, en prenant en compte le rendement de 5% dont tu viens de parler, nous devrions avoir un gain de 250. Ce qui est encore assez loin des 5 observés. A quoi cela peut-il être du ?

Ne pas confondre gain en courant du transistor (rapport entre le courant de base et le courant de collecteur) et le rendement (rapport de l'énergie dissipée dans la bobine sur l'énergie totale dissipée dans le montage). La valeur de 5% de rendement était ou bien un typo ou bien une exagération.

L'explication est donnée dans mon post prcdt, ainsi que dans la prise en compte des paramètres exacts d'utilisation des composants : les gains calculés ne sont valides que pour un couple (Ib,Ic) donné.

[invitef5886cbc]

Ah d'accord, on n'était pas du tout au courant de tout ça, on va tirer les oreilles de notre prof Ok donc on va se concentrer sur l'ampli push-pull de classe B dorénavant...

[inviteede7e2b6]

un paquet d'exemples sur le net....

http://www.electroschematics.com/269...w-with-2n3055/

on doit même trouver un peu plus simple

[invitef5886cbc]

un paquet d'exemples sur le net....

http://www.electroschematics.com/269...w-with-2n3055/

on doit même trouver un peu plus simple

Oula, ça fait un peu peur le nombre de composants là, c'est quand même pas aussi simple que nos deux transistors et nos trois résistances ! Honnêtement, on a jamais fait de montage de ce type, c'est facile à réaliser ? Et sans que ça prenne une place monstrueuse ? Parce que notre montage tout simple prenez déjà toute la paillasse, bon en même temps on travailler avec les fiches sécurisés du lycée ...

[paulfjujo]

bonjour,

en prenant en compte le rendement de 5%

En classe A, en positionnant le point de fonctionnement au milieu de la droite de charge,
le rendement devrait atteindre 50 % !
On suppose que le gene BF a une impedancde de sortie tres faible (negligeable)
La resistance serie de la bobine 9,5 ohms limite la puissance possible ..
La dissipation du 2N3055 devrait atteindre 5W.
donc petite modif sur votre maquette pour un 1 er test ?





mais il devient évident d'utiliser un push pull..comme preconisé par Antoane.

D'autant qu'à un moment donné ,il faudra remplacer le gene BF ..
et sortir +-7V sinus n'est pas possible directement à partir d'un MCU

[Antoane]

Bonjour,

Oula, ça fait un peu peur le nombre de composants là, c'est quand même pas aussi simple que nos deux transistors et nos trois résistances ! Honnêtement, on a jamais fait de montage de ce type, c'est facile à réaliser ? Et sans que ça prenne une place monstrueuse ? Parce que notre montage tout simple prenez déjà toute la paillasse, bon en même temps on travailler avec les fiches sécurisés du lycée ...

Ce schéma est celui d'un ampli audio, offrant une bien meilleure amplification que celle dont vous avez besoin.
Dans votre cas, toute contre-réaction est inutile, le préampli est inutile (pour l'instant, cf le post de paulfjujo), la gestion de la distorsion de croisement a peine nécessaire...
De base, il faut 2 composants. Pour un truc raisonnablement bon et avec les composants présents dans un labo vide, il en faut ~8.

Je pense qu'il sera plus profitable de chercher et comprendre le fonctionnement des ampli push-pull / en classe B, puis de faire vous-même un schéma. On vous dira s'il manque des choses

Un autre inconvénient de la classe A telle que vous l'employez est que vous faites passer un courant dc dans la bobine, en plus du courant oscillant à 70Hz. un courant dc dans une bobine à noyau, en général, on aime pas (risque de saturation notamment).

[inviteede7e2b6]

Oula, ça fait un peu peur le nombre de composants là, c'est quand même pas aussi simple que nos deux transistors et nos trois résistances ! Honnêtement, on a jamais fait de montage de ce type, c'est facile à réaliser ? Et sans que ça prenne une place monstrueuse ? Parce que notre montage tout simple prenez déjà toute la paillasse, bon en même temps on travailler avec les fiches sécurisés du lycée ...

si la manip porte sur la transmission magnétique et non l'amplification , tu peux passer par un circuit intégré (presque) moderne...

http://www.sonelec-musique.com/elect...li_bf_001.html

[invite5637435c]

Bonjour,

je pense que vous prenez le problème par le mauvais bout.
Avant de se lancer tête baissée dans un montage il faut auparavant faire des dimensionnements afin de prédéfinir ce que l'on va trouver.

Avez-vous fait quelques calculs concernant votre solénoïde? D'où sort ce dimensionnement de bobine?
Le capteur Hall est une application des forces de Lorentz, il vous faut donc au préalable évaluer le champ magnétique généré par votre bobine ET ensuite voir si ce capteur correspond et calculer la valeur de champ électrique que votre capteur va donner en fonction de la distance.
Il faut également étalonner votre capteur.
Quant à votre dimensionnement d'ampli de courant c'est juste n'importe quoi...
Vous faites une prépa de quoi au juste?

[inviteede7e2b6]

hello camarade.....

attention ! les prépas sont d'un niveau électronique inférieur à un CAP moyen,...

je trouve stupide de les balancer comme ça dans le grand bain ,
surtout avec un prof qui n'est manifestement pas à la hauteur ,
si ce shéma est bien de lui

[invite5637435c]

En gros, soit le champ généré sera trop grand et va saturer votre capteur, soit il sera ridicule (c'est une des raisons entre autres pour laquelle vous ne captez rien du tout).
Tout se calcule, c'est en principe cela que vous devriez apprendre.

[invitef5886cbc]

Merci pour tes simulations, je vais essayer de faire intervenir un contact pour nous faire le montage parce que là je suis un peu perdu

[invite5637435c]

N'apprenez pas avec la simulation, celle-ci est très bien quand on sait ce qu'on fait, ça viendra donc plus tard.

Donnez plutôt les caractéristiques de votre bobine (diamètre du noyau, longueur, section des spires), il faut commencer par le début.

[invitef5886cbc]

En gros, soit le champ généré sera trop grand et va saturer votre capteur, soit il sera ridicule (c'est une des raisons entre autres pour laquelle vous ne captez rien du tout).
Tout se calcule, c'est en principe cela que vous devriez apprendre.

Oui effectivement je suis en prépa PSI, et l'électronique n'est pas notre fort ... Bon on va essayer de sortir quelque-chose mais l'amplificateur n'est pas le but du projet, je vais essayer de faire des calculs de résistance tout ça. Ensuite, pour le capteur à effet Hall, le problème est de déterminer le champ extérieur d'une bobine avec un noyau, impossible de trouver des informations sur internet donc il est vrai qu'on y va un peu tête baissée ...

[invitef5886cbc]

HULK28, voici la bobine que nous avons: http://www.leybold-didactique.fr/detail/?produit=56215

Je te joint une photo avec le noyau.

[invitef5886cbc]

Désolé pour le multi-post mais je ne peux plus modifier le message, j'ai réussi à trouver les dimensions du noyau: 4x4cm de section pour 15cm de longueur.

[invitee6c3c18d]

Push pull alors ça change tout.. connais pas mais bon on doit pouvoir trouver de la doc sur web.
Elle est jolie cette bobine ! Au fait 0.026mH c'est sans le noyau donc faudrait un appareil pour mesurer pour avoir la bonne valeur.

[invitef5886cbc]

Bonsoir tout le monde,
Nous avons décidé de prendre le problème par le bon bout, demain matin nous reprenous les experiences, nous allons utiliser tout d'abord une alimentation stabilisée qui va nous fournir un courant continu pour voir si on a déjà quelque chose sur notre capteur.
On vous tient au courant, bonne soirée.