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Conception d'un capteur optique IR



  1. #1
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    Conception d'un capteur optique IR


    ------

    Bonjour à tous,
    Je vous sollicite car je souhaiterais fabriquer un capteur optique ayant les fonctionnalités suivantes :

    Le capteur serait constitué principalement d’une LED IR de type SFH4511 et d’une photodiode IR SFH213.

    cf datasheets :

    http://catalog.osram-os.com/catalogu...00d5d9000100b6

    http://catalog.osram-os.com/catalogu...00b9ee000100b6

    La led infrarouge et la photodiode seraient cote à cote mais isolées par un matériau occultant de quelques cms de haut pour ne pas être en vision directe (malgré l’angle d’ouverture) entre elles deux. Mon but est de pouvoir mesurer la distance entre l’objet et le capteur par réfraction. J’aimerais donc pouvoir avoir une idée de la distance de détection maximale et minimale que je suis sensé pouvoir obtenir avec l’ensemble led photodiode que j’ai « choisi » ; d’autre part, calculer ou estimer la distance en x séparant la diode de la photodiode.
    Je souhaiterais pouvoir détecter un objet à une distance max de 50cms, pour la distance max, ce serait de l’ordre de <10cm.

    Pourriez-vous m’aider ?

    Merci !

    -----

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  3. #2
    LPFR

    Re : Conception d'un capteur optique IR

    Bonjour et bienvenu au forum.
    Et à partir que quoi comptez-vous donner la distance?
    Le temps d'aller-retour, comme dans un radar?
    L'intensité de la lumière réfléchie?

    Je crois que vous devriez réfléchir un peu plus à la façon de mesurer avant de choisir les composants et leur disposition.
    Au revoir.

  4. A voir en vidéo sur Futura
  5. #3
    predigny

    Re : Conception d'un capteur optique IR

    Citation Envoyé par LPFR Voir le message
    ....
    Et à partir que quoi comptez-vous donner la distance?
    Le temps d'aller-retour, comme dans un radar?
    L'intensité de la lumière réfléchie?
    ....
    Il dit "Mon but est de pouvoir mesurer la distance entre l’objet et le capteur par réfraction". Je pense que le terme réfraction est mal choisi et qu'il parle de "réflexion", mais une mesure basée sur ce principe va dépendre énormément de la forme, de la couleur ou de la nature de l'objet. Pour une mesure du temps d'aller-retour, ce n'est même pas la peine d'y penser, ni la Led ni la photodiode ne seront assez rapides et le circuit de mesure devrait être capable de couper en quatre la nanoseconde !
    Un système par ultrasons serait déjà plus raisonnable ; un vieux Polaroïd pouvant fournir tous les composants

  6. #4
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    Re : Conception d'un capteur optique IR

    Bonjour et merci pour votre accueil

    c'est l'intensité lumineuse réfractée qui m'intéresse... quant au choix des composants, je me suis basé sur leur longueur d'onde, leur boitier, la puissance d'émission et l'angle d'ouverture (assez étroit, mais là encore pas certain qu'il soit adapté, d'où mes questions précédentes).

    Ce capteur existe déjà (SHARP GP2D02 entre autres...) mais j'aimerais pouvoir m'en confectionner un custom.

    Ma question principale : Comment, connaissant la puissance de la led et la sensibilité du capteur et en tenant compte de l'angle d'ouverture, connaitre la distance maximale de détection du capteur ?

  7. A voir en vidéo sur Futura
  8. #5
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    Re : Conception d'un capteur optique IR

    tout à fait, désolé je me suis trompé il s'agit bien de réflexion

  9. #6
    LPFR

    Re : Conception d'un capteur optique IR

    Citation Envoyé par Return Voir le message
    Bonjour et merci pour votre accueil

    c'est l'intensité lumineuse réfractée qui m'intéresse... quant au choix des composants, je me suis basé sur leur longueur d'onde, leur boitier, la puissance d'émission et l'angle d'ouverture (assez étroit, mais là encore pas certain qu'il soit adapté, d'où mes questions précédentes).

    Ce capteur existe déjà (SHARP GP2D02 entre autres...) mais j'aimerais pouvoir m'en confectionner un custom.

    Ma question principale : Comment, connaissant la puissance de la led et la sensibilité du capteur et en tenant compte de l'angle d'ouverture, connaitre la distance maximale de détection du capteur ?
    Re.
    Vous devriez relire le post de Predigny.
    A+

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  11. #7
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    Re : Conception d'un capteur optique IR

    J'ai bien lu son post, que ce soit dur à mettre en œuvre je le conçoit, mais de là à m'orienter vers un capteur à ultrasons, je ne crois pas que ce soit LA solution... j'ai déjà travaillé sur ce genre de capteur et si il y a bien un capteur dont la mise en œuvre est périlleuse c'est celui-ci (ça n'engage que moi).
    D'autre part, je ne pars pas avec une idée farfelue, juste le souhait de reproduire un capteur existant et en comprendre son mécanisme pour l'adapter comme je le veux.

  12. #8
    predigny

    Re : Conception d'un capteur optique IR

    Citation Envoyé par Return Voir le message
    ...
    D'autre part, je ne pars pas avec une idée farfelue, juste le souhait de reproduire un capteur existant et en comprendre son mécanisme pour l'adapter comme je le veux.
    L'idée peut être valable si l'objet dont on veut mesurer la distance est toujours le même (pour une calibration donnée) et réfléchit l'IR de la même façon sous tous les angles. Avec un peu mise au point on doit pouvoir évaluer la distance à 10 ou 20% près.
    L'IR devra être modulé à 100% en amplitude (100kHz par exemple) et le récepteur devra amplifier cette modulation et la mesure se fera sur le niveau de cette modulation amplifiée.

  13. #9
    LPFR

    Re : Conception d'un capteur optique IR

    Citation Envoyé par Return Voir le message
    D'autre part, je ne pars pas avec une idée farfelue, juste le souhait de reproduire un capteur existant et en comprendre son mécanisme pour l'adapter comme je le veux.
    Re.
    Lissez maintenant cette page dans laquelle on donne le principe de fonctionnement de capteur SHARP. Ce n'est pas une simple LED et une photodiode.
    Je crois que vous avec eu les yeux plus gros que le ventre.
    A+

  14. #10
    Return

    Re : Conception d'un capteur optique IR

    merci pour votre réponse,
    pourquoi moduler en amplitude à 100% ? quel est le but ?
    les 100kHz me paraissent élevé même si les diodes devraient suivre (je pense plutôt au transimpédance derrière).
    Pour l'instant je pars d'une application idéale avec un objet tout blanc (imaginons une boite à chaussure peinte en blanc). l'objet en question peut se mouvoir, il n'est pas statique.
    Mais ce qui me pose problème encore une fois, ce n'est pas trop la mise en oeuvre mais l'approche théorique me permettant de connaitre les limites (de manière grossière) de mon capteur afin d'avoir "une idée" des performances que je pourraient être à même d'attendre.

    Je pense à la puissance d'émission de la led 1200mW/sr comment je peux utiliser cette donnée ?
    pareil pour le récepteur avec la sensibilité 0,59A/W

    et plus simplement (mes souvenirs de physique sont un peu lointains) quel est l'atténuation d'une onde lumineuse dans l'air ? jusqu'à quelle distance aurais-je assez d'énergie pour être vu du récepteur ?

  15. #11
    predigny

    Re : Conception d'un capteur optique IR

    Citation Envoyé par Return Voir le message
    merci pour votre réponse,
    pourquoi moduler en amplitude à 100% ? quel est le but ?
    ...
    Vous imaginez bien que si vous ne faite pas une modulation (et le max de modulation sera le mieux), à la réception vous ne pourriez pas faire la différence entre le signal "utile" réfléchi et n'importe quelle source parasite continue ou non, d'IR. Si 100kHz vous semble trop, prenez 10 ou 30kHz. Pour la portée, je ne m'inquièterais pas trop car vous n'envisagez que de faible distances et vous pouvez toujours mettre plusieurs diodes en émission et en réception. La vraie question théorique est en effet de trouver la loi d'affaiblissement de la lumière quand elle est diffusée par une surface mate.

  16. #12
    Bouli

    Re : Conception d'un capteur optique IR

    Ayant travaillé sur un système LED IR et photodiode (il s'agissait d'un suivi de cible), je peux dire que sans modulation d'intensité, c'est définitivement mort, il y a trop de bruit (le signal capté est faible et la lumière ambiante est trop importante). Essaie de voir une étoile en plein jour : impossible, pourtant elle n'est pas moins brillante qu'en pleine nuit

    Et si tu fais de la modulation d'intensité, il faut concevoir l'électronique de modulation, de démodulation, des filtres...
    Il faut aussi un filtrage optique pour virer les longueurs d'onde ambiantes (filtre coloré voire filtre interférentiel) et améliorer le rapport signal sur bruit.

    Sinon pour répondre aux questions plus théoriques, l'air est quasiment transparent, ton principal soucis c'est la décroissance du flux qui est proportionnel à 1/D² (même 1/D^4 dans le cas d'une diffusion si je me souviens bien). Traiter ton signal à 10 cm sera peut être possible, à 20 cm ca sera déja très ardu (16 fois moins de signal), au delà il faut vraiment développer une électronique à gain variable. Et si tu adaptes le système pour marcher à 20 cm dans de bonnes conditions, ta photodiode sera saturée à 10 cm !

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  18. #13
    Bouli

    Re : Conception d'un capteur optique IR

    PS : dans mon système, il y avait l'émission IR par la cible et la réception par la photodiode, soit une décroissance en 1/D². J'avais une électronique de démodulation qui répondait linéairement avec le flux reçu et c'était catastrophique : une légère variation de l'orientation de la cible modifiait le flux et saturait le système. Ou bien la photodiode était saturée de près et ne détectait pas grand chose un peu plus loin. J'ai résolu ce problème par un traitement numérique en faisant des opérations sur les signaux démodulés.
    En plus du bruit ambiant qui me génait (le fonctionnement en plein soleil était de 1-2 mètres alors qu'en intérieur ca fonctionnait plutot bien jusqu'à 10-15 mètres), mon démodulateur était tellement sensible qu'il détectait le signal d'horloge généré ailleurs sur la carte électronique de réception d'où une démodulation entachée d'une erreur que j'aurais pu corriger numériquement mais j'y ai pensé trop tard
    Je veux juste que tu prennes conscience de la difficulté de l'entreprise dans laquelle tu te lances, l'idée est simple mais la mise en pratique est très compliquée.

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