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Accéléromètre capacitif



  1. #1
    kenvz

    Accéléromètre capacitif


    ------

    Bonjour,
    cherchant à comprendre le principe d' un accéléromètre capacitif, je suis tombé sur le forum suivant:


    En soi, à part ce Xout, je pense avoir compris le principe, pas bien compliqué, mais...
    Dans le document figurant en haut de page, je n'ai pas trop saisit l'égalité
    "dC/C = Xout/X , proportionnel à l'accélération"...

    Quelqu'un pourrait il m'expliquer?

    Merci beaucoup, à bientôt.

    -----

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  3. #2
    kenvz

    Re : accéléromètre capacitif


  4. #3
    kenvz

    Re : accéléromètre capacitif


  5. #4
    Mzerg

    Re : accéléromètre capacitif

    en bas à droite de tes messages tu as une fonction "éditer" pour faire des corrections...

  6. #5
    maclag

    Re : accéléromètre capacitif


    forces en présence: rappel du ressort, qu'on approxime par
    Donc, on a bien
    Ensuite, capacité
    , ici c'est ou , suivant la capa regardée, ou formulé autrement:

    sachant que vaut pas un copec devant , pareil du côté de , on approxime.

    CQFD

  7. A voir en vidéo sur Futura
  8. #6
    kenvz

    Re : accéléromètre capacitif

    Merci beaucoup!

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  10. #7
    kenvz

    Re : accéléromètre capacitif

    Bonjour,
    J'ai encore une question sur le principe de fonctionnement:

    sur la figure indiquée dans le lien ci-dessus, on établit une relation entre la force du ressort (donc Xout) et l'accélération (par le PFD), avant d'établir une autre relation entre Xout et la capacité des condensateurs... Le problème, c'est que ce qui correspond au ressort est horizontal donc la force l'est aussi. Or, ce qui nous intéresse c'est la variation de distance (verticale) entre les armatures du condensateur.
    En résumé je ne comprends pas comment la déformation horizontale se retrouve à la verticale, entre la masse sismique et les armatures.


    Sinon, quelqu'un pourrait-il m'expliquer comment fonctionne un accéléromètre bi-axe?

    Merci beaucoup!

  11. #8
    maclag

    Re : accéléromètre capacitif

    Le mouvement de la masse se fait bien entendu "à la verticale" (suivant le dessin). Le mouvement horizontal d'une telle structure (en fait, l'élongation de la poutre, c'est bien ça dont tu parles?) est totalement négligeable.

    Le donné dans les équations peut être calculé à partir des propriétés mécaniques et des dimensions de la poutre, mais là ça va devenir légèrement plus compliqué!
    Pour te donner le résultat tout fait (on trouve le détail facilement via google, je suis même presque sûr qu'on peut le trouver quelque part sur ce forum):

    avec
    déformation de la poutre à son extrêmité
    force appliquée à l'extrêmité de la poutre, orthogonale à sa longueur
    longueur de la poutre
    module d'Young du matériau de la poutre (élasticité)
    moment d'inertie de la poutre (dépend de sa section droite)
    donne directement le de l'équation en vue "ressort".

    Note que la masse de la poutre elle-même est négligée dans le calcul masse-ressort.

  12. #9
    kenvz

    Re : Accéléromètre capacitif

    Bonjour maclag,
    Merci pour ces infos, je ne vais donc pas tenir compte de la déformation longitudinale de la poutre.

    Je rencontre un sérieux problème puisqu'il faut absolument que je trouve une expérience à faire sur ce type d'accéléromètre.
    Je ne vois pas trop comment je pourrais arriver à simuler les mesures avec un logiciel (genre maple). Donc je m'oriente plutôt vers une expérience"concrète".

    Sur le lien suivant (http://www.scei-concours.fr/tipe/suj...iliere_TSI.pdf) il est indiqué ligne 84 que "dans les applications de sécurité, il est nécessaire que l'accéléromètre ait un temps de réponse très court."La réactivité du système est améliorée si le capteur répond sans oscillations..."

    Serait-ce une piste que je pourrais éventuellement suivre? (je m'intéresse plus généralement à un détecteur de chutes de personnes âgées...)

    Dans ce cas, il faudrait que je trouve un moyen de visualiser le temps de réponse d'un accéléromètre... Sauriez vous comment faire?


    Merci de votre attention
    A bientôt.

  13. #10
    maclag

    Re : Accéléromètre capacitif

    Pour le "temps de réponse" très court, l'explication est bancale.
    Part de la réponse fréquentielle de l'accéléromètre. Avec peu de pertes par frottement, le coefficient de qualité est très élevé, on a un pic à la résonance, juste avant la fréquence de coupure.
    En analyse transitoire, ça veut dire qu'une excitation à cette fréquence va permettre au système d'emmagasiner de l'énergie. C'est un peu le même principe qu'une balançoire: si tu la pousses un peu, elle ne va pas loin, et s'arrête vite. Si tu t'y prends bien, sans avoir besoin de plus d'effort, tu peux arriver à aller très haut. Tu a alors excité le système à sa résonance. Si tu relaches le tout, la balançoire va continuer à osciller un bon moment avant de s'arrêter.
    L'énergie est donc restituée sous forme d'oscillations dont l'amplitude est décroissante, d'autant plus lentement que le coefficient de qualité est élevé (donc, moins il y a de frottement, plus ces oscillations seront amples et dureront longtemps).

    Dans ces conditions, il est difficile de garantir une réponse rapide à un phénomène. Par conséquent, pour les systèmes critiques, on élimine le pic de résonance pour garantir un temps de réponse identique pour toute excitation de fréquence inférieure à la fréquence de coupure.

    Cet ajustement est fait au niveau de la conception du capteur, tu n'as pas à t'en occuper en tant qu'utilisateur!

    En ce qui concerne la détection de chute de personnes âgées, ce n'est pas le cas le plus simple que tu puisses étudier.

    La chute libre, c'est trivial, un impact, c'est simple.
    L'expérience du chariot peut être intéressante (tenter de reconstituer la distance parcourue par un objet en ligne droite avec un accéléromètre).
    Un plateau tournant, c'est intéressant aussi (mesurer la vitesse angulaire du plateau avec un accéléromètre).
    Détecter l'orientation que doit prendre une image ou une vidéo (cas de l'iphone, par exemple), c'est facile aussi.

    Pour la personne âgée (bon, je rajoute cette parenthèse après-coup pour signaler que ceci reste purement scientifique, parce que ça m'a fait drôle d'écrire tout ce qui suit en sachant qu'on parle de personnes...): elle ne tombe pas à la verticale en ligne droite. Si le corps reste droit, on a une rotation autour des pieds, sinon, une combinaison de translation Oz et de rotation autour des pieds.
    Il faut pouvoir différencier la chute effective avec une personne qui prend volontairement une position assise/couchée.
    Bref, ce n'est pas simple!

    En fait, ce que font la plupart des algorithmes, c'est détecter une absence de mouvement prolongée pour supposer que la personne est inconsciente. Ceci impose que la personne apporte des informations par elle-même (signaler au système qu'elle est assise ou couchée et qu'elle compte le rester!)

    Il est parfaitement possible de simuler un accéléromètre, mais j'aurais pris matlab plutôt que maple, question d'orientation de la simulation.
    Tu rentres des fonctions caractéristiques du capteur, et une séquence d'entrée qui est l'accélération effective vue par le capteur.
    Tu peux ajouter au fur-et-à-mesure les défauts du capteur, des mouvements plus compliqués, présenter des algorithmes de traitement des données, etc.
    Dernière modification par maclag ; 18/06/2009 à 06h51. Motif: complément sur chute de personnes

  14. #11
    kenvz

    Re : Accéléromètre capacitif

    Bonjour Maclag,
    Pour simplifier l'étude, je vais me limiter aux déplacements frontaux de la personne, c'est à dire le cas d'une rotation autour des pieds, dans le plan orthogonal au ventre...c'est tout simplement la restriction d'étude effectuée sur le document qui m'a servi de socle pour ma recherche.

    Ensuite, si j'ai bien compris, plus la réponse du système est amortie, plus le système est précis... mais une réponse amortie (par exemple à cause de frottements...) ne falsifiera-t'elle pas la valeur de l'accélération à mesurer?

    Enfin, réaliser l'expérience à l'aide d'un logiciel serait le top...
    mais cela fait plusieurs jours que je cherche ces fonctions caractéristiques du capteurs, je ne suis pas sur d'avoir trouver grand chose d'intéressant...
    A part peut-être le document du concepteur (analog devices) de l'accéléromètre ADXL202, utilisé pour les détecteurs de chute.
    Je le laisse en pièce jointe. On y présente pas mal de courbes, dont beaucoup me paraissent sans intérêt...ou alors je ne les ai pas comprises!

    Merci de votre aide, à bientôt.
    Fichiers attachés Fichiers attachés

  15. #12
    benjy_star

    Re : Accéléromètre capacitif

    Salut !

    J'ai peur que la pièce jointe ne soit pas libre de droits...

  16. Publicité
  17. #13
    HULK28

    Re : Accéléromètre capacitif

    Ben si Benjy, c'est la datasheet du composant.
    Le génie est fait d'un pour cent d'inspiration et de 99% pour cent de transpiration.

  18. #14
    maclag

    Re : Accéléromètre capacitif

    kenvz:

    Je crois que tu mélanges pas mal de choses et qu'il te manque quelques bases (ou piqures de rappel? ).

    On ne peut pas parler d'amélioration de la précision avec un système plus amorti, on ne peut pas non plus dire qu'on falsifie la sortie (ce qui est d'ailleurs contradictoire, que veux-tu dire par système plus précis mais information falsifiée en même temps?).

    Il s'agit de systèmes d'ordre supérieur ou égal à 2. Tu peux avoir plusieurs types de réponses à une impulsion (pour le cas de la balançoire: poussée très brutale mais sur un temps très court!) suivant les paramètres de ton système:
    • régime périodique
      À éviter à tout prix! Il s'agit d'un régime instable, c'est en fait ce qu'on veut faire pour fabriquer un oscillateur. En pratique, il n'est possible que sur un système sans perte (sans frottement).
    • régime pseudo-périodique
      C'est le régime décrit ici comme non-amorti. En réalité, il est faiblement amorti. C'est comme une balançoire avec quelqu'un dessus: si tu pousses la personne une fois, la balançoire ne va pas s'arrêter tout de suite, mais elle suit rapidement la poussée.
    • régime apériodique
      Supposons qu'on ajoute de gros freins sur la balançoire: si tu la pousses, elle part lentement en avant, revient lentement en bas, et s'y arrête. C'est le régime amorti!

    Tout ça n'a donc rien à voir avec la précision, mais avec bande-passante, le temps de réponse, etc.
    Tout ceci est géré à la conception du capteur. Ceci veut dire que tu n'auras pas tous les détails, parce que le fabriquant ne te les donneras pas, et ça veut dire aussi que tu n'as absolument pas, jamais, à t'en occuper, c'est d'ailleurs hors de ton contrôle!

    Donc, arrête de te focaliser là-dessus, personne ne demande comment optimiser les pistons du moteur au moment de conduire une voiture: ce n'est pas à l'utilisateur de s'en occuper. Et tu as d'ailleurs bien d'autres choses à régler:

    Pour détecter une rotation autour des pieds, on peut placer l'accéléromètre le plus près possible de la tête (loin du centre de rotation) et mesurer l'accélération vers le centre de rotation.
    Problème: je ne sais pas sur quel article tu te bases, mais je n'ai aucune idée de ce à quoi ressemble la vitesse angulaire d'une personne en chute autour de ses pieds (et dont le corps reste bien droit, ce qui est plutôt rare ).

    ̉À ta place, je commencerais par là...

  19. #15
    kenvz

    Re : Accéléromètre capacitif

    Bonjour Maclag,

    Ce qui me paraissait louche, c'est que l'amortissement augmente la précision du système alors qu'il est inversement proportionnel à son facteur de qualité...
    Mais comme il n'y a pas de rapport entre le facteur de qualité et la précision du système, TVB! Merci pour les infos, ça fait du bien de réviser à quelques jours des oraux!!!

    Pour le reste, je vais arrêter de me focaliser sur l'aspect fréquentiel de l'accéléromètre...

    Mon but est donc d'obtenir une courbe de l'accélération en fonction des capacités de l'accéléromètre. Pour cela j'ai établi son expression, et obtenu:


    pour un éloignement entre les armatures de L +ou- Xout

    que C1/C2 = (L + Xout) /(L- Xout)

    Or a = k/m * Xout (PFD appliqué à la masse sismique m)

    d'où

    a = L* k/m* (C1-C2)/(C1+C2)



    Mon nouveau problème, c'est d'avoir constaté que dans les faits, le microcontroleur qui analyse les signaux en sortie de l'accéléromètre s'intéresse plutôt à un rapport de périodes T1/T2 dont j'ai encore du mal à comprendre la définition, et donc le rapport (nécéssaire!) avec C1 et C2...

    alors, l'accélération s'obtient selon: a(g)= (T1/T2-0.5)*8 ...

    Pour plus d'infos sur T1 et T2:
    http://http://www.analog.com/static/...202_10_fbl.gif
    Dernière modification par kenvz ; 24/06/2009 à 09h08.

  20. #16
    maclag

    Re : Accéléromètre capacitif

    Ah ben faut mieux lire les specs! L'accéléro ne sort visiblement pas le signal en analogique, mais en PWM (Pulse Width Modulation).
    Ça veut dire qu’il ne sort pas un truc entre 0 et 3V, mais plutôt un signal en forme de créneaux. Plus la partie haute des créneaux est longues par rapport au total, plus l'accélération est forte.
    On peut avoir le même type de sortie pour n'importe quel système, ce n'est pas lié aux accéléros.

    Donc, la formule qu'ils donnent n'a absolument rien à voir avec les capacités ou l'accéléromètres, c'est pour expliquer les valeurs de sortie en PWM.

  21. #17
    kenvz

    Re : Accéléromètre capacitif

    pourtant, ce que mesure l'accéléro est bien une capacité différentielle...
    comment donc s'obtient ce signal (tension crénaux) à partir des capacités, et que sont T1 et T2 dans tout cela? (finalement, la seule variable est T1 puisque T2 est fixée...)
    En particulier, je ne comprends pas la définition donnée de T1 ("durée de l'intervalle "on" du cycle")...

    Merci de votre aide
    Images attachées Images attachées

  22. #18
    maclag

    Re : Accéléromètre capacitif

    Aucun accéléromètre ne donne les mesures de capacités brutes de forme! Ce serait inexploitable, et en plus complètement inefficace.
    Le signal de mesure est traité en interne par un ASIC (partie électronique), ce que tu as après c'est le résultat. Il y a plusieurs moyens de fournir le résultat: sortie analogique (une tension en volts proportionnelle à l'accélération), une sortie numérique par un bus (ex: I2C), ou, pourquoi pas, le PWM, ce qui est le cas ici.
    0g: T1=50% T2, signal carré parfait
    Pour les autres appliquer la formule: accélération négative, la sortie passe plus de temps à l'état bas qu'à l'état haut, accélération positive, la tension de sortie passe plus de temps à l'état haut qu'à l'état bas.
    ex: __----__----__---- 0g
    ___--___--___-- -1g (bon, la période change pas hein!)
    _-----_-----_----- +1g (pareil, la période change pas)
    Le "duty cycle" est proportionnel à l'accélération.

  23. Publicité
  24. #19
    kenvz

    Re : Accéléromètre capacitif

    Super! Merci bien, bon WE.

  25. #20
    liclic

    Re : Accéléromètre capacitif

    Salut,
    la date du TIPE approche et je suis toujours un peu largué sur les accéléromètres capacitifs et pourtant c'est une partie de mon TIPE , pourriez vous m'éclairer un peu sur les bases et ce qu'il faut savoir ( principe de fonctionnement etc ...) Merci d'avance

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