Effet Doppler mesure de vitesse

[Zerofact]

Bonjour, je dois réaliser un projet qui me permettra de mesurer la vitesse d’un objet grâce à l’effet Doppler, j’ai plutôt bien maîtrisé le concept physique et après mes recherches un exemple de montage est le suivant :
Un générateur haute fréquence qui générera un signal de 40khz
Connecté à un émetteur ultrason, ensuite le signal arrive au récepteur par réflexion sur l’objet qui lui sera Connect à un amplificateur et lui connecté à un multiplieur qui fera la multiplication du signal émis et reçu dans le but de décomposer en somme de signaux qui seront la somme et la différence de fréquence et qui sera connecté lui aussi à un filtre passe bas pour juste garder la différence ensuite on fait l’acquisition grâce à la carte sysam et sur synchronie on utilise la décomposition en série de fourier pour avoir la fréquence qui sera donc la différence de fréquence et on fait les calculs nécessaires pour la vitesse. Malgré tout j’ai encore quelques incompréhensions, pourquoi justement ce signal de 40khz? Avec un signal de 20khz ce serait pareil ou même moins un signal dans le spectre audible,
Ensuite si on reçoit le signal et on fait l’acquisition directement de celui ci et ayant entré la fréquence du signal émis on calcul la différence analytiquement est-ce toujours équivalent ?
Merci d’avance
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[gts2]

Bonjour,

Deux raisons au 40 kHz, d'abord pour des questions de confort auditifs, ensuite votre émetteur/récepteur est un passe bande étroit autour de 40 kHz, à 20 kHz, il ne se passera rien.

Pour ce qui est de l'intérêt de la détection synchrone, l'intérêt réside dans la précision de la mesure directe de la différence.
Supposons que vous mesuriez les fréquences d'émission/réception avec une précision relative de 0,01%, cela donnera une précision de 4 Hz et si vous calculez une différence de 40 Hz, la précision sur cette différence ne sera plus que de 10%.

[Deedee81]

Salut,

EDIT croisement avec gts2 qui a donné une réponse fort complémentaire

Bienvenue sur Futura.

Super projet ça. Bravo.

Pour les questions : oui, ça reviendrait au même avec 20 kHz. Le choix de la fréquence est liée à d'autres considérations : il faut que le signal soit suffisamment directionnel (mais là ça n'influe pas, avec un signal de quelques centaines de hertz ce serait médiocre), atténuation, etc.... Je n'ai pas travaillé assez avec les ultrasons pour être sûr s'il n'y a pas un autre impératif mais ci je me demande si avec 20 kHz on n'est pas un peu trop près du spectre audible (tournant autour de 10 kHz) et ça pourrait être gênant. De même à 5 kHz, l'horreur (le sifflement du machin).

Enfin, oui, bien sûr, on pourrait faire le calcul analytiquement. Il fut un temps où tout se faisait analytiquement. Le numérique c'est surtout parce que ça permet des analyses plus fines, plus poussées, ça peut être envoyé dans un ordinateur, etc.... Et bien entendu, il faut voir aussi ton cas personnel (c'est un projet scolaire je présume ? Auquel cas le numérique peut juste être souhaité pour raisons pédagogiques).

[jacounet86]

Salut.
J'ai fait/essayé un tel système ...pour mesurer la vitesse sur route d'un véhicule .
Attention la mesure n'est valable que si on est devant un réflecteur perpendiculaire toute direction dans l'espace ( exemple un mur ) , si on prend le signal réfléchi sur une route on a un angle de réflexion , et on n'a pas la vitesse exacte , ou alors il faut connaître avec précision l'angle de réflexion ...et faire avec la formule Doppler et la trigo de l'angle .
Pour avoir la différence des signaux , j'ai utilisé une toute bête bascule D , entrée du signal émis sur D et le signal reçu sur horloge ( h) après mise en forme des 2 signaux en TTL ... on lit bien la différence en sortie Q ou Q barre avec une précision en ppm ( 50 à 100 de mémoire )...avec un GBF pour vérifier .
Pour la réflexion sur une route on a 3 angles ( alpha,béta,gamma) qui matérialisent dans 3 directions ( 3D ) le relief d'un gros gravier d'1 cm , par exemple , car sous 40kHz ultra-son , la longueur d'onde est de 8.5 mm de mémoire, qui perturbent le signal réfléchi , on reçoit alors une série de fréquences ,... car gravier placés dans toutes les directions... certes qui reflètent avec précision le relief,mais inexploitable à notre niveau pour avoir un signal dérivé de la vitesse ...car on ne connait pas ces angles de réflexions .
Pour le 40kHz , ces émetteurs récepteurs ultra-son sont les moins chers , il en existe à 100 kHz et plus , mais dans l'air ils sont quasi inutilisables à cause de la propagation dans ce milieu azote+oxygène+gaz carbonique qu'est l'air , ils sont utilisés pour les liquides voir les métaux pour les plus hautes fréquences .
Jacques .

[A voir en vidéo sur Futura]

[Zerofact]

Bonjour, merci à tous pour vos interventions j’ai eu les réponses à mes questions et bien plus, je pourrais apporter plus de précision dans mon rapport sur le choix de tel ou tel paramètre

[antek]

Bonjour, merci à tous pour vos interventions j’ai eu les réponses à mes questions et bien plus, je pourrais apporter plus de précision dans mon rapport sur le choix de tel ou tel paramètre

Une étude de 2008 sur le sujet ->

[jacounet86]

Salut .
Oui étude de 2008 , mais ce n'est qu'une étude ...pas un prototype certifié .
J'émet un doute sur le support pour faire les essais , genre moquette verte rase ou haute , que je vois sur la photo est loin de refléter un champ de blé ou d'herbe , et une erreur de 3 % estimée dans l'étude est certes meilleure que nos 5 à 10% de nos compteur voiture ...mais une telle étude , en mesure devrait nous permettre d'être bien en dessous des 0.1% de précision , enfin proche de la précision du quartz cadençant/asservissant le 40kHZ sinus .
Quand à l'angle de détection décrit comme non perturbant , pour ce que j'ai traduit/compris , la formule dit le contraire , ...
De plus pour vérifier cela , chacun aura pu remarquer dans les faits qu'à vitesse constante sur voiture avec régulateur de vitesse , exemple 55 km/h à l'approche d'un radar indicateur de vitesse à grosse lettres vertes ou rouge dans certaines communes , vous lisez par exemple 54 km/h en début de détection et 49 km/h à 5 m de l'indicateur radar .
Les radars Doppler de la gendarmerie sont à ondes courtes ( le giga Hertz sans doute ) ...et d'une précision extraordinaire ( les 150 ppm de l'électronique à quartz probablement )...sauf que l'angle de détection ( voiture près ou loin , ou plus à droite ou à gauche de la voie) ,là aussi empêche d'avoir une précision en dessous de 5% en fixe , et 10% sur véhicule radar mobile .
Je dis donc , attention à l'angle de la cible et à sa composition , il faudrait probablement un cinémomètre à capteur sur roue codée mis sur le mobile , collecter toutes les données qui varient à cause du support , ne prendre que celles qui sont à 1 % par exemple de l'indication capteur/roue codée , et faire la moyenne de ces données et comparer avec la vitesse réelle du mobile qui aura fait tant de m ou cm par seconde . comme sur cette étude de 2008 .
Enfin ce n'est que mon approche .
Jacques .

[jacounet86]

Salut.
Mon étude personnelle de cinémomètre Doppler date de 2002 .
J'ai fabriqué un prototype fonctionnant sous 48.960 kHz .
Pourquoi cette fréquence :
-elle est proche de 40 kHz et les émetteurs ultra sons 40 kHz sont encore performants à cette fréquence de 48.960 kHz .
- en divisant par 4 la fréquence différence (entre fréquence émise et reçue ) cette fréquence donne l'affichage direct en km/h .
Exemple sur une voiture de course une fréquence de différence de 14 125 Hz donnerait 14125/4= 353,125 km/h .
Sur un afficheur 4 digits ( exemple un multimètre 6000 points ) , la précision serait de 353,1/353.125= 70.7 ppm .
On peut vérifier qu'à cette fréquence de 48 960Hz /4 on a bien l'indication directe de la vitesse en km/h sans passer par un µC ( calculateur ).
Pourquoi diviser par 4 , ...tout simplement parce que le signal sortant de la bascule D n'est pas symétrique , et qu'en le divisant par 4 on tombe sur la vitesse en km/h , et le signal est parfaitement symétrique ( T"on" = T"off" ) .
Mon étude ne fonctionnait qu'avec un mobile face à un réflecteur dont l'angle de réflexion était orthogonal sur les 3 axes à l'appareil.
Sur véhicule roulant sur route c'était la catastrophe. . On avait une suite de signaux de fréquence différentes inexploitable .
J'ai mis des semaines à trouver pourquoi ==> les réflecteurs que sont les graviers de la route , d'une part ne font pas tous plus de 6.94 mm ( lambda= C/F => ici 340m/s / 48960 = 6.94 mm) , et d'autre part ne sont pas tous orientés dans le même sens .
A l'INPI il y-a des brevets cinémomètre Doppler ...
Pour 1000 € 2023 ( 600€ en 2008 ) on peut sortir un brevet de cinémomètre Doppler ...mais faut que ça marche .
A+.
Jacques .
Mais aucun véhicule automobile n'est équipé de la sorte

[jacounet86]

Salut à tous .
Bon je vois que je parle dans le vide pour tout le monde , ...et pas de réponse de Zerofact...( zéro réaction ...?)
Bon démonstration du 48960 HZ.
Admettons un mobile qui se déplace à 36 km/h soit 10 m/s= 10 000mm/s.
On veut afficher 36.0 km/h. ( en fait mettons 360Hz image de 36.0 km/h )...on met la virgule ou on veut sur le fréquencemètre .
J'ai dit que je divisais la fréquence différence par 4 , cela nous fait une fréquence différence de 360x4 = 1440 Hz image de sortie de la bascule D de la vitesse 36.0 km/h.
On en déduit que lambda=10 000 mm/s/1440=6.9444 mm et f oscillateur =340 000 mm/s /6.94 = 48 960 Hz . ( Rappel C de l'air = 340 m/s ).
En revanche sous 40 KHz si on veut afficher 36.0 ( image de x.Hz en sortie diviseur par x ) , on aura toujours 360 affiché multiplié par x.
Lambda= 10 000 mm/s : x.360=8.5 mm ( ici lambda à 40 kHz= 8.5 mm).
On calcule le diviseur par x => x= 10 000 (360x8.5) =3.2679.
Diviser par 3.2679 ça se fait , mais faut un µC , type Arduino ...puisque celui là a le vent en poupe .
Ah j'oubliais C , ici la célérité de l'air varie en fonction de la pression et de la température ( 320 m/s à - 20°C , et 349 m/s à 40° C )...il faut donc asservir la fréquence pour toujours avoir une même longueur d'onde .
J'avais prévu cela avec un détecteur de lambda , avec un émetteur ultra son et un récepteur placé à une distance connue pour avoir les 2 signaux en phase à 20°C sous 1013 hP , on verra ces 2 signaux se déphaser si pression et ou température change => asservissement possible avec une électronique à ExNor et bascule D .
A+.
Jacques .