Télémètre : problème de réception...

[invite2e627298]

Salut à tous

juste histoire de situer, je suis actuellement étudiant en 2ème d'école d'ingé en électronique, et j'ai un projet à réaliser pour la fin de cette année.

Le cahier des charges m'impose de pouvoir mesurer une distance jusqu'à 2m en utilisant des transducteurs ultrasons fonctionnant à 40kHz et tout ceci alimenté par une unique pile de 9V. Mais voilà le problème :

je travaille sur des plaques LABTEC, et mon émetteur récepteur sont assez proches ( une dizaine de centimètres ).

J'ai remarqué que jusqu'à une soixantaine de centimètres, mon signal ( une fois amplifié et filtré ) est relativement utilisable par une porte logique afin de calculer le temps que mets le son à revenir. Au delà de cette distance, le signal de réception se déteriore à une vitesse hallucinante ( 5cm de plus et j'ai un signal nul ).

J'ai commencé par augmenter l'amplification, mais aujourd'hui arrivé à 90.000 ( deux étages AOP *300 ) je commence à penser que le problème ne vient pas de là.

Je tiens à préciser que :
mes deux AOPs sont alimentés grâce à une masse "virtuelle" à 4.5V et donc en -4.5V +4.5V par rapport à cette masse ( Pont diviseur de tension suivi d'un AOP en suiveur ). Les étages amplificateurs sont placés comme le montre l'image ci-dessous :


Le tout étant ensuite suive par un filtre de Rauch, et de deux trigger de schmitt inverseur afin d'obtenir un signal utilisable par le compteur.

Si vous avez une idée pour me permettre d'obtenir un signal potable, je vous saurai gré de bien vouloir m'expliquer

Merci d'avance

Cordialement, Sébastien.
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[Pierrre]

bonjour

le signal emis est vraiment à 40KHZ ?? car les transducteurs piezzo ont une bande passante tres reduite et le signal reçu s'ecroule tres rapidement si la frequence derive.

A+

[PA5CAL]

Bonjour

La quasi-disparition du signal sur 5 cm après une dizaine de centimètres déjà parcourus me font dire que le problème n'est peut-être pas électronique, mais plutôt acoustique.

Les transducteurs sont-ils bien orientés ? La surface réfléchissante est-elle perpendiculaire à l'onde incidente ? Il ne faut pas perdre de vue qu'à cette fréquence, les ondes sonores sont assez directives, et ne sont émises que dans un cône.

[PA5CAL]

Il faut aussi veiller à ce que les ultrasons qui se perdent au-delà de l'obstacle ne reviennent pas perturber la mesure après réflexion sur les murs de la pièce, par exemple.

[A voir en vidéo sur Futura]

[gienas]

Bonjour Sebxoii et tout le groupe

Une question idiote, mais je serai plus rassuré en ayant la réponse

Les pulses sont-ils assez courts, pour qu'il n'y ait pas de chevauchement émission/réception?

[invite2e627298]

Merci à tous pour vos réponses, il est vrai que vous soulevez des problèmes auxquels je n'avais pas vraiment pensé.

@Pierrre : Non effectivement le 40Khz n'est pas particulièrement précis, je l'ai réalisé avec un NE555 et même en calculant les valeur des résistances 50 fois, je ne tombais jamais sur la fréquence désirées. J'ai remplacer les deux résistances par un potentiomètre et fais en sorte que ça tombe à peu près sur 40k. J'ai par ailleurs ajouté une diode en parallèle de la résistance R2 ( cf schéma ci-dessous ), cathode vers le bas. Afin d'obtenir un rapport cyclique de 0.5. Je n'ai pas l'impression que ça fonctionne plus que ça bizarrement :-/



@PA5CAL : Je fais les tests avec un bouquin, donc non la surface n'est pas bien parallèle ni réflechissante. De plus, les transducteurs sont disposés au feeling sur la plaque, le plus parallèlement possible tout de même .
En ce qui concerne le parasitage par les rebonds sur les murs, je ne vois pas trop quoi faire pour l'éviter, et de tout façon vu la vitesse à laquelle le signal perd de sa puissance, je ne pense pas que ça joue tant que ça.

@gienas : Le signal d''émission est à 70Hz. 1ms à l'état haut. Au délà de 30cm, il ne devrait pas y avoir de problème

[Pierrre]

bonjour
tu peux donner le schema de la partie emetrice ?

perso, en ajustant le frequence pour avoir la meilleure reponse d'un couple emetteur-recepteur, j'ai reussi a mesurer jusqu'à 12 m (dans des conditions ideales au niveau des transducteurs et de la cible quand meme...)
si je me souviens bien, la partie ampli reception etait un peu plus complexe: ile devait y avoir un controle du gain en fonction du temps.

si tu peux changer de transducteurs, regarde chez polaroid: transducteurs electrostatiques et electronique de commande associee; les resultats avec ce matos sont tres bons et la mise en oeuvre tres simple.

A+

[invite2e627298]

La partie émission est on ne peut plus basique :

1 NE555 à 40Khz +-1khz rapport cyclique=~0.5
1 NE555 à 70Hz rapport cyclique de 1/15.

Une porte "ET" qui prend en entrée ces deux signaux pour créer les salves.

Tout ça alimenté en 9V. Je prends ensuite de sortie de la porte "ET" que j'envoie directement sur l'émetteur, qui a son autre pate à la masse.

Au niveau de la réception, j'avais effectivement pensé à ce système, mais mes profs m'ont dit que ce n'était pas nécessaire, et trop compliqué ( d'ailleurs je n'avais aucune idée de comment le mettre en place ).

Pour finir, impossibilité de changer de transducteurs, ils sont fournis par l'école.

[paulfjujo]

bonjour,

La partie reception utilise 2 ampli de gain 300 chacun ?
Attention au produit GAIN x Bande passante
car avec la frequence le gain effectif global peut devenir tres faible !
j'utiliserais plutot des gains plus faibles ex: 30x30
pour conserver la bande passante et donc l'efficacité d'amplification.

[invite2e627298]

Salut paulfjujo

Rien compris à ce que tu racontes...et je pense pas que ce soit un problème, mieux vaut amplifier plus que pas assez vu que même si je sur-sature l'ampli, ca ne me dérange pas plus que ça.

La bande passante d'un AOP est théoriquement infinie ( en pratique ca doit se situer après mes 100Khz ? ), donc je ne vois pas vraiment le problème ?

[paulfjujo]

je n'ai pas la doc des TL082 mais celle du TL081
qui montre comment le gain en boucle ouverte se degrade en fonction de la frequence.
De plus un gain global de 90000 , s'il etait atteint pourrait generer de belles oscillations.
produit Gain Bandwidth =4Mhz
en simplifiant Fmax=13Khz à G=300 en theorie !beaucoup moins en pratique, avec une alimentation de +-5V au lieu de +-15V (spec sheet)

[paulfjujo]

oups,

j'ai oublié d'accrocher l'estrait du document
spec sheet TL081 montrant le comportement de l'AOP en fonction de la frequence

[invite2e627298]

Bah en fait j'avais jeté un coup d'oeil à la datasheet avant de répondre

Et d'après ce dont je me souviens, sur la diagramme de Bode on voit que la perte en gain est effective à partir de 100Khz environ...

Ou je dis n'importe quoi ?

( Ps : pièce jointe en cours de validation, je regarderai plus tard, même si je pense que j'ai déjà vu ça )

[PA5CAL]

J'en reviens à ce symptôme de disparition subite du signal sur une courte distance.

N'y aurait-t-il pas tout simplement un problème d'offset et de suppression de la composante continue ? Si c'est le signal en sortie du deuxième AOP qui disparaît, alors rien d'étonnant à cela. Le montage que tu indiques au post #1 a ce défaut.

Mets d'abord un filtre RC passe-haut à l'entrée de chaque AOP, et si cela ne suffit pas, ajoute un réglage de l'offset (le montage doit être indiqué dans la datasheet).

[invite2e627298]

Tiens c'est étonnant que tu mettes ça sur le tapis, car c'est un autre problème auquel notre montage était sujet...

Sauf que j'ai du mal à saisir ce que tu veux dire par là car nous avons ( d'après ce que j'ai compris ), exactement le problème inverse !!!

Un petit schéma pour expliquer :


Logiquement la sortie au niveau du récepteur devrait avoir une valeur moyenne nulle non ? Et dans tous les cas, le passe haut devrait nous faire perdre la valeur moyenne ?

Enfin c'est ce que nous avons essayé de faire ( passe-haut ) entre le premier AOP et le second, cela permet de perdre une partie de la composante continue mais pas tout.

J'imagine que cela ne doit pas être mal d'en rajouter un entre le récepteur et l'AOP, c'est surement de là que venait les 30mV.

Sinon pour en revenir à l'idée de paulfjujo, j'ai du mal à comprendre le premier graphique. À quoi correspond-il concrètement ?

Merci.

Ps : il est possible que le signal disparaisse uniquement au niveau du second AOP, ca me paraitrait très plausible vu la configuration de mon montage. J'imagine qu'avec deux passe-haut cela pourrait éventuellement régler le problème. Je vous tiens au courant.

Par ailleurs, pensez-vous utile d'intercaler un suiveur entre le récepteur et le premier passe-haut ?

[PA5CAL]

Le premier graphique donne le gain en boucle ouverte en fonction de la fréquence du signal d'entrée (en dB). Pour avoir la courbe dans le cas d'une contre-réaction, il suffit d'écrêter la courbe "boucle ouverte" à la valeur du gain théorique du montage. Dans ton cas, avec un gain de 300, soit 49,5 dB, la courbe commence à descendre à partir de 5kHz environ.

J'ai regardé la datasheet du TL082. L'offset en tension de l'entrée est typiquement de 5mV, et peut atteindre 15mV (à 25°C). Ça veut dire qu'avec un gain de 300, le signal de sortie est décalé typiquement de 1,5V, et au maximum de 4,5V !

Si le signal à l'entrée du premier AOP descend en-dessous de 10mV crête-à-crête, il ne présentera plus que des valeurs de même signe à l'entrée du second AOP (3V crête-à-crête, avec une moyenne au-dessus de 1,5V ou en-dessous de -1,5V), et disparaîtra complètement à la sortie (saturation à +4,5 ou -4,5V).

Ça expliquerait très bien la disparition brusque du signal sur une faible distance. A 10cm, on est à 11mV et ça passe, mais à 15cm on est à 9mV et il n'y a plus rien.

PS: pas besoin de suiveur avant le passe-haut.

[invite2e627298]

Merci beaucoup pour ces explications extrèments claires

Même si j'ai du lutté un peu pour réussir à comprendre concrètement ce qu'était l'offset, et en quoi il modifiait le fonctionnement de mon montage. Et bien que je ne sois pas complètement persuadé d'avoir réellement compris

En fait l'offset n'est pas si gênant dans mon cas, car même si "Ve+Voffset" fait saturer l'ampli, cela ne gênera pas ma mesure. À condition de bien penser à mettre des "passe-haut" histoire de ne pas "aggraver le problème" 1) avec un décalage au niveau de la réception, 2) en saturant le tout à l'aide du deuxième.

Autre chose, si je comprends bien le schéma au-dessus, avec un gain de 300, et un signal à 40Khz, le gain effectif n'est pas de 300 mais est moins important c'est ça ?

ps : Question subsidiaireComment vous accordez "passe-haut" au pluriel ? A-"passes-haut" B-"passe-hauts" C-"passes"hauts" D-"passe-haut" ?

[PA5CAL]

Réponse B : "passe-hauts".
C'est mon dernier mot, Jean-Pierre...

[PA5CAL]

J'ai mal lu le graphique (il faut dire qu'il n'est pas très lisible). Pour un gain de 300 (49,5dB), la fréquence est d'environ 20kHz, et non 5kHz.

Pour 40kHz, le gain est de 150 environ. Tu peux donc oublier le gain de 300 à cette fréquence. Il faut augmenter le nombre d'étages d'amplification, ou plutôt changer de modèle d'AOP (un LH0032, par exemple).

[invite2e627298]

Réponse B : "passe-hauts".
C'est mon dernier mot, Jean-Pierre...

Bon mon but n'était pas de piéger qui que ce soit...mais je viens de me rendre compte que mon dico connaissait

passe-haut adjectif invariable
Électr. Se dit d'un filtre qui ne laisse passer que les fréquences supérieures à une fréquence donnée.

(c) Larousse.

En ce qui concerne l'amplification du graphique, j'avais corrigé moi-même mais je n'osais pas te reprendre après ton exeposé

Sinon, en considérant une amplification de 150, cela ferait tout de même 22500 au final, ce qui sera, je l'espère, suffisant.

Je t'avouerai que cette histoire de passe-haut me semble très plausible, même si il reste quelques points à éclaircir. Je testerai ça dans la semaine.

Dernière chose : si les variations à l'entré du premier ampli sont de l'ordre de 3mV, j'obtiendrai en sortie du premier ampli un signal avec :
-Une valeur moyenne de (5 à 15mV)*150
-Une amplitude crête à crête de 3mV*150

et dans ce cas j'aurai dès le premier étage amplificateur perdu mes alternances négatives ?

[PA5CAL]

Bon, j'ai perdu le million, Jean-Pierre ? J'aurais dû prendre le 50/50 ...

C'est vrai que si dans le texte on n'utilise pas "passe-haut" comme un adjectif mais plutôt comme un nom commun, les noms en "passe-quelquechose" ont plutôt tendance à être invariables quand ils sont formés à partir d'un adjectif ou d'un adverbe ("des passe-debout", "des passe-partout") contrairement à ceux formés à partir d'un nom ("des passe-montagnes", "des passe-droits", des "passe-plats").

Même si c'est encore un néologisme (il n'est pas dans le dico en tant que tel), un "passe-haut" doit être un nom masculin invariable.


En ce qui concerne le gain de 150, il ne faut pas perdre de vue que c'est un gain obtenu du fait de la limitation de l'AOP en boucle ouverte, qui se comporte tout seul comme un passe-bas (n. m. inv. ). Cela signifie qu'on est en présence d'un filtre sélectif qui ne laissera pas passer correctement les harmoniques du signal d'entrée, et on n'aura pas de signal carré en sortie (le premier harmonique est à 120kHz, et son gain n'est plus que de 50). Je ne sais pas quelle utilisation du signal tu fais en sortie, mais ça pourrait peut-être avoir quelque importance (détection directe par des circuits numériques notamment).


Avec un gain de 150 par étage, avec un signal d'entrée de 3mV et un offset de 5mV (resp. 15mV), le premier étage sortirait un signal de 0,45V décalé de 0,75V (resp. 2,25V). La saturation du TL082 intervient typiquement à Vcc-1,5V (soit 3V dans ton cas), et au maximum à Vcc-3V (soit 1,5V dans ton cas). Le premier étage devrait, avec de la chance (cas typique), remplir son office sans écrêter le signal. Mais dans un cas particulièrement défavorable (faible tension de saturation et offset très important) cela pourrait tout de même arriver, voire entraîner la disparition complète du signal. Il faudrait alors penser à régler l'offset de l'AOP par les moyens conventionnels.

Si l'on veut s'affranchir du réglage de l'offset et garantir un fonctionnement à haute température (l'offset peut alors encore augmenter), il suffit de doubler les étages d'amplification (en utilisant un TL084 par exemple) et de limiter leur gain à 75 (sans oublier les passe-haut à chaque entrée).

[invite2e627298]

Bon t'as perdu, pas la peine d'en faire tout un plat

Et pour ton information ( oui j'ose te reprendre depuis ton "erreur" ), en mettant 4 étages de gain 75, j'arrive à un total de 31 640 625. Ca me semble légèrement démesuré ....

En ce qui concerne le gain de 150, il ne faut pas perdre de vue que c'est un gain obtenu du fait de la limitation de l'AOP en boucle ouverte, qui se comporte tout seul comme un passe-bas (n. m. inv. ). Cela signifie qu'on est en présence d'un filtre sélectif qui ne laissera pas passer correctement les harmoniques du signal d'entrée, et on n'aura pas de signal carré en sortie (le premier harmonique est à 120kHz, et son gain n'est plus que de 50). Je ne sais pas quelle utilisation du signal tu fais en sortie, mais ça pourrait peut-être avoir quelque importance (détection directe par des circuits numériques notamment).

Bon sinon je n'ai toujours pas bien saisi cette histoire de boucle ouverte et de passe-bas. Mais pour synthétiser, ce n'est pas réellement un problème, sauf si le premier AOP fait saturer l'offset, et à condition que je pense bien à mettre les passe-haut. Adjugé !

Par ailleurs, j'ai un doute sur ce que tu affirmes concernant la sauturation de l'AOP à Vcc-1.5V. Je l'alimente entre "-4.5V" et "+4.5V" et il me semble que la tension de saturation était largement plus proche de 4.5V que ça

Sinon en sortie des deux AOP's, j'ai monté un filtre passe-bande à 40KHz (pas convaincu que ce soit utile mais mes profs m'ont dit de le faire), ensuite je le fais passer dans un AOP en hystérésis, pour aller attaquer :
-Une bascule RS
-Un compteur BCD
-Et peut être une autre porte...

[PA5CAL]

Si tu dois intégrer un passe-bande à 40kHz, tu aurais tout intérêt à le mettre avant l'ampli, ou bien dedans. En effet, si la mesure a lieu dans un milieu bruyant, les sons parasites pourraient très bien saturer l'ampli, ce qui empêcherait le montage de fonctionner.

Pour en revenir à la saturation, la structure de l'étage de sortie des TL082 (voir datasheet, schéma non simplifié) montre clairement qu'il faut bien s'attendre à environ Vcc-1,5V dès que l'AOP est assez chargé (polarisation des jonctions et circuit de limitation de courant). Dans la datasheet, la tension de saturation est donnée pour une charge de 10kohms. Dans ton schéma, la sortie n'est chargée que par 300kohms (ce qui explique que tu aies une tension de saturation plus élevée que la normale), mais une fois inséré le passe-haut, et en prenant un résistance équivalente sur les deux entrées de l'AOP afin de réduire l'offset, la saturation reviendra à un niveau proche de Vcc-1,5V.

[invite2e627298]

Hmm je le sens pas cette histoire de passe-haut :-/

Sinon effectivement, j'avais bien expliqué à mon prof que je trouvais ça moyennement malin de mettre le passe-bande après, mais il m'a dit que c'était mieux...

Dans tous les cas, il me semble que le recépteur que nous utilisons n'est sensible qu'au 40Khz et qu'il atténue tout seul la plupart des autres fréquences. Donc l'interêt même du filtre passe-bande me parait limité.

Maintenant tu me dis que la sortie est chargée par 300k, dans ce cas pourquoi ne pas :
1-Mettre une résistance de valeur importante ( 300k ) au niveau du passe-haut, pour conserver une valeur de charge assez grande : 150k ?
2-Ajouter un suiveur avant le passe-haut : je conserve alors ma résistance de charge à 300k, l'autre résistance étant alors de ?

(polarisation des jonctions et circuit de limitation de courant)

Je dois t'avouer que ça me passe un peu au-dessus de la tête, étant donné que je n'ai jamais étudié "l'intérieur" d'un TL

[PA5CAL]

Les résistances élevées présentent le double inconvénient :
- d'une grande sensibilité aux parasites (si tu as un appareil branché sur le secteur dans les environs, regarde ce qui se passe en sortie des AOP avec un oscilloscope quand tu approches ta main du montage, c'est stupéfiant !)
- d'une réduction de la bande passante à cause des capacités parasites.

Si tu prends une résistance de charge de 150k (R1-R4 sur ton schéma), ta résistance de contre-réaction (R2-R3) devra être de 11,25M pour avoir un gain de 75 (ou 22,5M pour un gain de 150). Autant dire que là, les électrons ne vont pas beaucoup se bousculer.

Avec une résistance de charge de 10k, une fréquence de coupure de 40kHz correspond à une capacité de 400pF. Par contre avec 150k, la capacité correspondante descend à 27pF. On prendrait par exemple 33pF ou 47pf pour le passe-haut, il faudrait limiter par construction les capacités parasites à seulement quelques pF à l'entrée des AOP. Ça devient chaud !

De plus, si par exemple une source de tension 220V était assez proche pour présenter une capacité de seulement 0,02pF avec l'entrée de l'AOP, cela injecterait un signal de 70mV qui saturerait le premier étage (pour un gain de 75, et a fortiori pour un gain de 150). L'induction capacitive d'un appareil électrique sur l'opérateur posté à proximité du montage suffirait à interdire le fonctionnement de ce dernier.

Donc il faut des résistances plus faibles, de l'ordre de 10k, ou même moins.

PS: Les impédances utilisées en vidéo sont très faibles (de l'ordre de 75 ohms), ce n'est pas pour rien.

[invite2e627298]

Je te remercie énormément pour toutes tes explications, même si certains passages restent un peu obscurs, cela vient de mon manque de connaissances

Je pense que maintenant il ne me reste plus qu'à aller tester ça, et je reviendrai vous donner des nouvelles.

Merci encore.

Ps : Je ne savais pas que les perturbations qui apparaissent quand on approche la main du montage venaient de là . Je dormirais moins bête ce soir

[invite2e627298]

Bon! De retour de vacances j'avais un peu de temps libre donc j'ai mis un passe-haut entre les deux AOP.

Et étrangement, je me retrouvais avec une oscillation carrée bizarre à plus ou moins 40kHz, mais pas en salve. Du 40kHz de bout en bout.

Pas eu le temps de creuser pour voir d'où venait le problème, mais ça me parait quand même louche ^^

[invite6728705a]

Il faut avoir à l'esprit que l'amplitude de l'écho reçu décroit exponentiellement avec la distance de mesure. pour augmenter l'étendue de mesure il faut amplifer fortement l'écho des gains de 1000 sont courant pour éliminer une partie du bruit un filtre passe bande est utile il est à inserrer entre les étages avant qu'une saturation se produise.

Bon courrage