Mesure d'une très petite capacitance.

[jtruc34]

Bonjour,

J'ai un projet de fabrication d'un clavier analogique, où je compte utiliser un condensateur variable fabriqué en collant une plaque métallique sous la touche et une autre sur le support de la touche. Mon but est de mesurer la distance entre la touche et la base du support de la touche.

En abaissant la touche, on rapproche les deux plaques et donc on augmente la capacitance : c'est donc cette capacitance que je veux mesurer, pour pouvoir la traiter avec un microcontrôleur.

L'idéal, ce serait d'obtenir une tension proportionnelle à la distance, mais finalement je m'en fiche qu'elle soit proportionnel, je veux juste que la tension soit une fonction injective de la distance, et je pourrai corriger après au niveau du software du microcontrôleur.

Bref, tout ceci est bien beau, c'est juste pour expliquer le contexte de pourquoi je veux transformer la mesure d'une capacitance en une tension. J'ai imaginé un circuit pour faire ça, que voici :


Le condensateur à mesurer est celui de gauche, et la sortie est la tension aux bornes de celui de droite.

Je n'ai aucune formation en électronique et je n'ai pas trop d'espoir de trouver quelque chose qui marche tout seul, mais j'espère que ça pourra toujours être un point de départ.

Le plus gros problème, c'est que j'ai calculé que la capacitance sera, à la distance maximale, de l'ordre de 0,1 picofarad, ce qui est bien petit. En changeant le diélectrique (air) pour un autre (eau, mais immerger les touches...), je pourrai toujours augmenter cette capacitance par environ 80, mais la dizaine de picofarad, c'est toujours petit. Je me demande si la capacitance du reste du circuit ne rajoutera pas un bruit trop grand pour pouvoir mesurer correctement.

De plus, je me demande si je peux utiliser le même oscillateur pour mesurer plusieurs capacitances.

Voilà, j'étale mon ignorance en espérant que quelqu'un puisse la réduire un peu.

Merci !
-----

[f6exb]

Bonjour,
Tu peut jeter un oeil vers la fin :
https://forums.futura-sciences.com/e...elques-pf.html

[jtruc34]

Bonjour,
Tu peut jeter un oeil vers la fin :
https://forums.futura-sciences.com/e...elques-pf.html

Malheureusement, je ne suis pas sûr qu'il ait été apporté beaucoup de solutions de ce fil. Et le contexte est assez différent : lui essayait de le faire à la McGyver, avec son ordi et c'est tout. Moi, je peux essayer d'idéaliser les conditions d'autant que je peux.

J'oubliais quelque chose, d'ailleurs : un autre problème est que le circuit est beaucoup plus réactif quand la capacitance augmente que quand elle diminue, car dans le premier cas, le condensateur de droite se charge à travers l'AOP d'impédance idéalement nulle, et dans l'autre cas, il se décharge à travers la résistance de droite.

[mag1]

Bonjour,

Peut être une solution picaxe. La commande "touch" mesure les capacités, cette commande est configurable.

Un exemple:
https://youtu.be/Zw4Iu6RAnr0

Voir aussi: http://electromag1.wifeo.com/lecture...ive-picaxe.php

Seule une expérience permettrait de savoir si cela répond au problème.

MM

[A voir en vidéo sur Futura]

[Antoane]

Bonjour,

0.1 pF, ça va être très très difficile. Même en blindant, la position des mains du pianistes aura un impact du même ordre de grandeur.
C'est plus cher, mais je passerais plutôt par un capteur magnétique.

Ton schéma comme celui de Tropique estiment l'impédance du condensateur en lui appliquant une tension carrée et en mesurant l'amplitude du courant résultant.
Une autre technique clasique consiste à intégrer le DUT dans un oscillateur RC (e.g. solution à micro-contrôleur) ou LC (Dip-mètre).

[jiherve]

Bonjour
Se renseigner sur le fonctionnement des écrans tactiles capacitifs c'est la même problématique.
JR

[mag1]

Bonjour,

Peut être une solution picaxe. La commande "touch" mesure les capacités, cette commande est configurable.

Un exemple:
https://youtu.be/Zw4Iu6RAnr0

Voir aussi: http://electromag1.wifeo.com/lecture...ive-picaxe.php

Seule une expérience permettrait de savoir si cela répond au problème.

MM

Un autre exemple:
https://youtu.be/xxUDWONMj00

MM

[jtruc34]

0.1 pF, ça va être très très difficile. Même en blindant, la position des mains du pianistes aura un impact du même ordre de grandeur.

C'est ça qui m'étonne un peu. Comment ça se fait que la capacité du pianiste soit du même ordre de grandeur ? Sa conductivité est bien plus faible, il n'est souvent pas très bien relié à la terre (je ne sais pas si ces deux premiers jouent un rôle, par contre), et ses doigts sont quand même plus petits que . Par contre, il est vrai que la distance est du même ordre de grandeur que celle entre les touches et la base (logique). Je me demandais s'il n'y aurait pas une solution pour augmenter la capacitance. J'ai pensé à changer le diélectrique, mais ce n'est pas vraiment pratique, et ça ne change pas le problème de la main du pianiste, vu que sa capacitance va augmenter également.

C'est plus cher, mais je passerais plutôt par un capteur magnétique.

J'y avais aussi pensé, mais si c'est à un capteur à effet de Hall que tu penses, ça devient vite très cher (il y aurait plus d'une centaine de touches)

Sinon, j'avais aussi pensé à remplacer le condensateur par un bobine, dont je ferais varier l'inductance en y plongeant un noyau de ferrite ou quelque chose du genre en descendant la touche. Je ne sais pas si l'ordre de grandeur sera tellement plus facile à mesurer.

Ton schéma comme celui de Tropique estiment l'impédance du condensateur en lui appliquant une tension carrée et en mesurant l'amplitude du courant résultant.

Ouuf, c'est précisément ce que je voulais faire, je suis bien content qu'il fasse ce que je voulais faire, au moins.

Une autre technique clas[s]ique consiste à intégrer le DUT dans un oscillateur RC (e.g. solution à micro-contrôleur)

C'est quoi, le DUT ? Sur Wikipédia français ou anglais, je ne trouve rien. Si tu veux parler de calculer la fréquence d'un oscillateur RC en comptant les impulsions avec un micro-contrôleur, est-ce que c'est vraiment plus simple, et suffisamment rapide ?

ou LC (Dip-mètre)

Je ne connaissais pas, j'ai lu l'article Wikipédia, et j'ai pas trop compris. Ca fonctionne comment ? Et ça peut être utile, dans mon cas ?

Se renseigner sur le fonctionnement des écrans tactiles capacitifs c'est la même problématique.

D'accord, je vais le faire. Sinon, quelqu'un qui s'y connaît pourrait résumer ?

Je ne sais pas encore s'il faut que je persévère dans mon capteur de distance capacitif, où si c'est infaisable. J'ai lu ici qu'il existait déjà des claviers (pour écrire) capacitifs. Mais je ne crois pas qu'ils mesurent la distance d'enfoncement des touches. Si j'ai bien compris, quand la capacitance est suffisamment grande, un signal passe de low à high, et donc ils ne mesureraient pas la distance mais juste un seuil.

[f6bes]

Je ne sais pas encore s'il faut que je persévère dans mon capteur de distance capacitif, où si c'est infaisable. J'ai lu ici qu'il existait déjà des claviers (pour écrire) capacitifs. Mais je ne crois pas qu'ils mesurent la distance d'enfoncement des touches. Si j'ai bien compris, quand la capacitance est suffisamment grande, un signal passe de low à high, et donc ils ne mesureraient pas la distance mais juste un seuil.

Bjr à toi,
Effectivement le clavier attend une certaine " capactiance"...du moment que la valeuir est atteinte....ça lui suiffit.
Il ne mesure PAS de distance.
Bonne journée

[bobflux]

C'est expliqué là

https://en.wikipedia.org/wiki/Capacitive_sensing

[annjy]

.........
C'est quoi, le DUT ? Sur Wikipédia français ou anglais, je ne trouve rien. .........

Device Under Test....

cdlt,
JY

[Antoane]

Comment ça se fait que la capacité du pianiste soit du même ordre de grandeur ? Sa conductivité est bien plus faible, il n'est souvent pas très bien relié à la terre (je ne sais pas si ces deux premiers jouent un rôle, par contre)

Suivant la manière dont est mesurée la capacité (mesure vectorielle ou d'impédance), ces paramètrent éventuellement avoir un impact mais il sera généralement négligeable, la capacité dominant (fortement) l'impédance globale du circuit.

Nota : capacitance se dit capacité en français

J'y avais aussi pensé, mais si c'est à un capteur à effet de Hall que tu penses, ça devient vite très cher (il y aurait plus d'une centaine de touches)

Effectivement... même si on trouve des capteurs analogiques à 0.5 € chez les revendeurs sérieux, et sans doute bien moins cher ailleurs.
e.g. https://www.mouser.fr/Search/Refine?Keyword=DRV5053 (j'ai pas cherché loin, il y a sans doute bien mieux/moins cher).

Pense que la sortie d'un tel capteur se raccorde directement sur une entrée analogique de µC alors qu'il faut passer par un circuit de mise en forme pour nombre d'autres solutions.

Sinon, j'avais aussi pensé à remplacer le condensateur par un bobine, dont je ferais varier l'inductance en y plongeant un noyau de ferrite ou quelque chose du genre en descendant la touche. Je ne sais pas si l'ordre de grandeur sera tellement plus facile à mesurer.

Ce sera probablement plus simple électriquement

Grip DIP : Je ne connaissais pas, j'ai lu l'article Wikipédia, et j'ai pas trop compris. Ca fonctionne comment ? Et ça peut être utile, dans mon cas ?

L'idée est de faire osciller, à (proche) sa fréquence propre un circuit LC dont l'inductance est connue.

[annjy]

Suivant la manière dont est mesurée la capacité (mesure vectorielle ou d'impédance), ces paramètrent éventuellement avoir un impact mais il sera généralement négligeable, la capacité dominant (fortement) l'impédance globale du circuit.

Nota : capacitance se dit capacité en français

Bsr,

et en bon français, on écrit "ces paramètres vont ".... au lieu de "ces paramètrent".... :

vérifie les touches s, v, o de ton clavier...

cdlt,
JY

[jtruc34]

Nota : capacitance se dit capacité en français

Oh oui, c'est vrai. Je pensais que c'était la même différence qu'entre résistance et résistivité, et en plus, capacité, je le vois souvent avec les batteries et c'est pas la même unité. Enfin bref.

Ce sera probablement plus simple électriquement

Je ne vois pas pourquoi. Si je veux en mesurer l'impédance, le circuit sera en tout point similaire à celui proposé. Tout ce que je peux espérer, c'est que cette impédance soit plus grande que dans le montage avec condensateur.

Pense que la sortie d'un tel capteur se raccorde directement sur une entrée analogique de µC alors qu'il faut passer par un circuit de mise en forme pour nombre d'autres solutions.

C'est vrai, mais malheureusement, le coût va quand même primer sur la simplicité.

Pour le grid DIP, j'ai relu l'article et j'ai compris cela : on fait osciller à une certaine fréquence un circuit dont on cherche les propriétés et on mesure la résonance. Si l'amplitude est grande, c'est que cette certaine fréquence est proche de la fréquence du circuit qu'on étudie, et sinon, c'est qu'on en est loin. C'est à peu près ça ? Si c'est ça, d'ailleurs, je vois pas en quoi c'est simple. Enfin, c'est un peu ce que je fais déjà, sauf qu'au lieu de mesurer l'impédance du LC en série, je mesure directement l'impédance du C.

Suivant la manière dont est mesurée la capacité (mesure vectorielle ou d'impédance), ces paramètrent éventuellement avoir un impact mais il sera généralement négligeable, la capacité dominant (fortement) l'impédance globale du circuit.

C'est bizarre, parce que j'ai demandé ça à la personne qui m'a proposé cette solution et elle m'a répondu (c'est traduit de l'anglais) :

"Je pense que tu vas te rendre compte que la capacité parasite n'est pas vraiment un problème, vu qu'elle peut être calibrée ou éliminée via un blindage judicieux. Tu pourrais même avoir deux plaques verticales qui se superposent quand on appuie sur une touche et qui sont le plus proches possible l'une de l'autre. Dans ce cas, le delta de capacité peut être arbitrairement grand.

Si la capactié du pianiste se montre être significative (ce dont je ne suis pas vraiment sûr, car elles [les mains du pianiste ?] ne seront pas référencées à la terre), un blindage supplémentaire mis-à-terre peut être rajouté."

Si ce qu'il dit n'a pas de sens, j'avais pensé à une autre solution (qui, somme toute, me paraît de toute façon plus simple électriquement, bien que je n'aie pas d'expérience dans les photodiodes) : utiliser une paire LED-photodiode, et utiliser la seconde pour mesurer la quantité de lumière émise par la première et réfléchie sur le dessous de la touche, en espérant que cette intensité soit fonction de l'enfoncement de la touche. Apparemment, il existe déjà destouches de clavier analogique qui fonctionne sur ce principe.

[Antoane]

Bonjour,

Je ne vois pas pourquoi. Si je veux en mesurer l'impédance, le circuit sera en tout point similaire à celui proposé. Tout ce que je peux espérer, c'est que cette impédance soit plus grande que dans le montage avec condensateur.

Ce n'est pas la même gamme d'impédance, celle d'une telle bobine est plus "raisonnable, plus accessible, car davantage dans la gamme 100 Ohm - 100 MOhm

C'est vrai, mais malheureusement, le coût va quand même primer sur la simplicité.

Ce n'est pas de complexité dont je parle ici mais bien du coût d'un tel circuit de mise en forme.

C'est bizarre, parce que j'ai demandé ça à la personne qui m'a proposé cette solution et elle m'a répondu (c'est traduit de l'anglais) :

"Je pense que tu vas te rendre compte que la capacité parasite n'est pas vraiment un problème, vu qu'elle peut être calibrée ou éliminée via un blindage judicieux. Tu pourrais même avoir deux plaques verticales qui se superposent quand on appuie sur une touche et qui sont le plus proches possible l'une de l'autre. Dans ce cas, le delta de capacité peut être arbitrairement grand.

Si la capactié du pianiste se montre être significative (ce dont je ne suis pas vraiment sûr, car elles [les mains du pianiste ?] ne seront pas référencées à la terre), un blindage supplémentaire mis-à-terre peut être rajouté."

1. La calibration (ou plutôt compensation) n'est possible que si la capacité parasite ne varie pas. Hors, elle sera fonction de la position du pianiste.
2. On peut en théorie compenser n'importe quoi. En pratique, en particulier du fait de la répétabilité des mesures, on tend à éviter de devoir compenser des quantités "trop grandes" (e.g. du même ordre de grandeur ou supérieure à la quantité utile). Exemple : si la mesure vaut 10 et qu'il faut compenser plus de 5, il pourra être raisonnable de chercher une autre méthode de test.
3. J'ai effectivement déjà proposé de blinder le circuit plus haut. Cela dépendra de la mécanique exacte du piano, mais je doute cependant de la possibilité de mise en oeuvre d'un blindage efficace et ne rapportant pas "trop" de capacité parasite additionelle difficilement compensable.

j'avais pensé à une autre solution (qui, somme toute, me paraît de toute façon plus simple électriquement, bien que je n'aie pas d'expérience dans les photodiodes) : utiliser une paire LED-photodiode, et utiliser la seconde pour mesurer la quantité de lumière émise par la première et réfléchie sur le dessous de la touche, en espérant que cette intensité soit fonction de l'enfoncement de la touche. Apparemment, il existe déjà destouches de clavier analogique qui fonctionne sur ce principe.

Il y a diverses solutions possibles, celle-ci en est une.

[jiherve]

bonjour
non un grid dip , comme son nom l'indique, réagit à l'absorption de l’énergie rayonnée de l'oscillateur par le circuit résonnant qui lui est couplé, on a donc un creux "dip".
Ce n'est pas adapté à ce genre de mesure.
JR