Probleme d expérience sur le gyroscope

[invitec9a74d09]

Bonjour,je suis en spé mp et le sujet de mon tipe porte sur le gyroscope.En fait , je voudrais faire une comparaison entre le gyroscope et l accéléromètre sur la précision (pour une longue distance , si les axes de l objet ne sont pas fixe tout au long du trajet alors l accélération mesurée par l accéléromètre n est pas fiable....).Mon probleme c que je sais pas sur quoi je ferai l expérience , j ai pensé à un hélicoptere jouet mais ne sachant comment obtenir les informations necessaires pour calculer l erreur , je n avance pas trop sur mon tipe .
Auriez vous quelques idées à me proposer?


Edit de la modération,
conformément aux nouvelles consignes de la section TPE/TIPE,
cette discussion a été déplacée dans un forum technique/scientifique pour disposer de réponses plus précises.
Le lien traceur sera supprimé un mois après la date d'édition de ce message.
L'équipe de modération
-----

[Ouk A Passi]

Bonjour,

je voudrais faire une comparaison entre le gyroscope et l accéléromètre sur la précision

L'un mesure une vitesse angulaire, l'autre une accélération.
Ce n'est pas la même chose! (bien que les mesures des deux puissent être complémentaires)

Avant d'envisager l'hélico, je commencerais pas un SegWay(R), et c'est déjà très complexe!

[invitec9a74d09]

C vrai que c compliqué mais je ne trouve pas d autres alternatives.En effet l accélérometre permet de mesurer l accélération et le gyroscope la vitesse angulaire .En fait j ai regardé quelques videos sur la comparaison entre le gyroscope et l accélérometre dans les i phone.Mon professeur m avait expliqué en effet le principe : l accélérometre peut fournir des resultats correctes que si on est en translation , une toute petite variation de la position des axes fausse le résultat , c pour cela qu on a recours au gyroscope afin de fournir une meilleure précision.Cela est le sujet de mon tipe mais le probleme je sais pas sur quels objets je pourrai prendre des mesures .Apres pour calculer l erreur mon prof de sii m aidera volontierement.
Voila je suis confuse , je ne sais pas sur quoi je pourrais faire mon expérience!

[Ouk A Passi]

Bonjour,

C'est le thème même de ton TIPE qui me gêne:

je voudrais faire une comparaison entre le gyroscope et l'accéléromètre sur la précision

Je ne saisis pas bien: comment comparer deux capteurs dont la fonction est différente

En fait, je comprends bien qu'en faisant intervenir le temps, nous puissions parvenir au même résultat, car vitesse et accelération sont liées.
Ce sont donc l'imprecision des mesure + les arrondis des calculs qui finissent par provoquer des erreurs inaceptables.

Dans un récent fil de discussion, le demandeur cherchait ce qu'il pourrait faire d'un accéléromètre.
J'aurais répondu sans hésiter un sismographe (ou tout au moins un géophone, réponse en amplitude et en phase, soyons modeste) ou bien un appareil de mesure permettant d'équilibrer une "machine tournante".

Une maquette de "Segway" me paraissait intéressante pour comparer les deux types de capteurs, mais il ne me semble pas avoir entendu d'écho.

Si tu peux disposer d'un dispositif d'acquisition de données autonome (data logger), pourquoi ne pas envisager de faire le tour du paté de maisons avec chacun des capteurs, pour tenter de restituer ensuite le cheminement?

C vrai que c compliqué

é mer 6 2 ne pas abu z du txto

[A voir en vidéo sur Futura]

[Nowotny]

Tu pourrais tester tes gyroscopes et accéléromètres sur des fusées à eau munies de parachutes pour ne pas les casser.

[invitec9a74d09]

fusée à eau ça me parait assez interessant mais compliqué pour moi!Je voudrais juste faire une toute petite expérience qui me permettra d avoir des valeurs et ainsi comparer entre la FIABILITé des resultats fournis par un accélérometre et ceux d un gyroscope.Pour le segway , j en dispose pas.Merci quand meme pour vos idées cela reste tout de meme interessant!

[maclag]

sisinaa:
Tant que tu n'auras pas compris ce que mesurent l'un et l'autre, tu ne pourras pas imaginer d'expérience valable.
Comparer la précision d'un accéléromètre avec la précision d'un gyroscope, ça n'a aucun sens:
Qu'est ce qui est plus précis entre 1m/s² et 1rad/s?

Ce sont deux capteurs différents qui donnent deux informations différentes (et complémentaires).
Ce que tu peux tenter, c'est comparer les résultats d'une mesure accéléromètre seul et accéléromètre avec gyroscope. Là tu vas avoir de quoi comparé (dès le premier virage...)

exemple intéressant et "assez" simple:
- Prends une voiture radiocommandée. Installe dessus un accéléromètre et un gyroscope, de sorte que le gyroscope mesure l'inclinaison avant/arrière (le "pitch")
- Mets-là sur un rail, qui va tout droit (oui oui, j'ai bien dit tout droit!!)
- Mets une caméra en vue de profil pour enregistrer le mouvement de la voiture au cours du temps.
- Récupère les images de la caméra, les données de l'accéléro et celles du gyro (attention, ces deux dernières doivent avoir le même référentiel temps! pour la caméra et les capteurs, tu pourras bien trouver à quel moment ça commence)

Maintenant, les hypothèses sont les suivantes:
- tu peux calculer l'accélération subie par la voiture avec les images de la caméra
C'est ta référence!

- tu peux utiliser la sortie de l'accéléro et l'intégrer pour retrouver la trajectoire de la voiture
Tu vas avoir une certaine erreur par rapport à ce que te dit ta caméra (et tes yeux aussi, d'ailleurs)

- et la plus compliquée:
Le gyro va te dire que le nez de ta voiture s'est en fait légèrement incliné vers le haut pendant l'accélération croissante, et vers le bas au freinage (il faut qu'il soit assez bon, le gyro!). Tu peux en déduire que l'accéléromètre subi le même sort, et que tu mesures un bout de gravité en plus du mouvement de la voiture.
Donc, tu devrais avoir de meilleurs résultats avec accéléromètre + gyro que accéléromètre seul.

Yapluka...

[maclag]

Arf, je viens de penser à un truc encore plus simple et qui correspond peut-être plus à ce que tu cherches?

- Trouve un moteur qui entraine une roue.
- Le tout doit être "à plat" (la roue // à la surface terrestre)
- Monte dessus un accéléromètre et un gyroscope.

Fais le calcul pour connaître le lien entre accélération/vitesse angulaire et accélération vue par l'accéléromètre. Pour que ce soit plus simple, il faudra évidemment qu'un des axes de l'accéléro soit aligné avec le rayon, et un orthogonal au rayon).
Tu peux maintenant comparer les résultats donnés par l'accéléromètre et le gyroscope. (d'après les mesures de l'accéléromètre, combien de tour de roue j'ai fait? d'après le gyro? et en vrai?)

Profites-en pour étudier l'effet de la distance au centre de rotation sur leurs performances respectives, ça risque d'être intéressant!

[invitec9a74d09]

AH !!merci MACLAG !!En effet c est ce genre d 'expérience que je chercher , mais j ai pas bien compris ce que tu voulais dire par:" étudier l'effet de la distance au centre de rotation"?Peux tu développer ton idée ?Merci à l avance

[maclag]

Simple: regarde l'équation de mouvement d'un satellite. Quelle est l'influence de la distance au centre de la Terre? La c'est pareil.
Place l'accéléromètre au centre du disque qui tourne: tu mesures 0 (ou presque) accélération.
Place le à l'extrêmité du disque, ce n'est plus la même chose.

Pour le gyroscope, la surprise sera: y'a-t-il ce qu'on appelle "cross-sensitivity" (désolé je ne sais même pas le dire en Français... "sensibilité croisée"??) avec l'accélération? C'est le cas de pas mal de gyroscopes, c'est compensé en interne... ou pas.

En pratique, ça veut dire que si le gyroscope tourne sur lui-même, tu auras une certaine valeur, mais s'il tourne sur lui-même et subit en même temps une accélération suivant une certaine direction, tu n'auras pas exactement la même valeur! Dans le cas présent, le gyro sera très précis en étant placé au centre du disque, et peut-être moins à l'extrêmité.

[invitec9a74d09]

Bonsoir maclag .Merci pour ses diverses informations.En ce qui concerne l aviation , comment peut on placer le gyroscope dans un avion , vu que l accélération se mesure en son centre de gravité (plus au moins au milieu) et du coup si on le place dans son centre , l information qui nous fournit le gyroscope n est pas fiable , et du coup , on devrait le placer ou ce gyroscope alors ?? Car ,à ce que je pense , il n y aurait aucun point de l avion ou l accélération sera nulle.Sinon faudrait il changer de referentiel d etude? ( le référentiel que j ai considéré au début est le référentiel terrestre).
ps:j ai cherché sur le net à propos du "cross sensitivity" et je trouve que des documents en anglais , du coup ça me prend un temps fou pour les comprendre ,peux tu m expliquer un peu ce phénomène?Merci d avance.

[maclag]

Le placement des capteurs est libre à partir du moment où tu sais compenser les effets secondaires...
Les avionneurs connaissent normalement (il faut espérer en tout cas!) suffisamment bien leurs avions pour savoir où est le centre de gravité, quelle point de l'avion verra quelle accélération, etc.
De plus, les capteurs pour les avions de ligne sont redondants (on met plusieurs capteurs pour faire la même chose, ça évite les problèmes en cas de capteurs défectueux...).

Pour le "cross-sensitivity", il faut plonger un peu plus en détail dans le fonctionnement des capteurs, mais j'ai peur de te perdre un peu (pas que tu sois trop bête pour comprendre, mais ça parle de détails de mécanique, et on s'éloigne un peu du sujet qui est étudier le comportement des capteurs).
Essayons:
- Pour faire un accéléromètre MEMS, le principe le plus courant est d'utiliser une masse-épreuve reliée à une ancre fixe dans le capteur par un ressort. La masse-épreuve ne peut bouger que suivant un axe. Elle va se déplacer suivant l'accélération, et on mesure la distance entre la masse-épreuve et la partie fixe pour déterminer l'accélération. (Je simplifie un peu, mais c'est le principe).
- Pour faire un gyroscope MEMS, une technique courante consiste à utiliser un cadre vibrant suivant une direction, à l'intérieur duquel on attache une masse-épreuve libre de vibrer dans une direction orthogonale dans le référentiel du cadre. (j'avais prévenu, c'est un concept...).
- La mesure gyroscopique repose sur la force de Coriolis sur la masse-épreuve:
Imaginons, au lieu d'un cadre, un objet se déplaçant sur un rail à vitesse constante. Si on pivote le rail, la masse-épreuve à l'intérieur va "essayer d'aller tout droit". Elle va donc se déplacer à l'intérieur du cadre.
(Pour essayer de comprendre intuitivement: imagine que le rail est brutalement pivoté à 90°, la masse-épreuve va pousser tout droit suivant son axe "libre").
Pour un cadre vibrant, il s'agit d'un objet sur un rail allant très vite dans une direction puis l'autre (litéralement...). La masse-épreuve va donc vibrer proportionnellement à la vitesse de rotation, et à partir de la vibration entre la masse épreuve et le cadre, on déduit la vitesse de rotation.
- Maintenant, où est le "cross-sensitivity"?
Et bien tout simplement: la masse-épreuve dans le cadre peut être assimilée à un accéléromètre!
Une solution pour éviter ça consiste à combiner deux cadre vibrant en opposition de phase, contenant chacun une masse-épreuve: une accélération va pousser les deux masses-épreuves dans la même direction, une rotation va les pousser dans deux directions opposées. Mais comme pour tout bon capteur de la vie réelle: les deux systèmes ne seront pas parfaitement identiques, et donc la compensation ne sera pas parfaite!
Encore une fois, les performances des capteurs sont très variables de l'un à l'autre.

J'espère que ça t'aide plus que ça ne te perd...

[maclag]

[Message effacé: double post accidentel]