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RÉSUMÉ
Cet article présente des capteurs très spécifiques utilisés pour les mesures sans contact. Les technologies abordées sont les comparateurs pneumatiques, les capteurs à ultrasons, à micro-ondes, utilisant des rayonnements ionisants, à force atomique, à effet tunnel et enfin le GPS. Tous ces capteurs offrent des propriétés spécifiques qui permettent d'étendre les possibilités de la mesure sans contact. Pour chacune de ces technologies, cet article présente les principes, les caractéristiques techniques et les domaines d'utilisation.
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-
Jean-Louis CHARRON : Ingénieur au Centre technique des industries mécaniques (CETIM)
INTRODUCTION
C et article présente des capteurs aussi variés que :
-
les capteurs à ultrasons 1 ;
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les comparateurs pneumatiques 2 ;
-
les capteurs à micro-ondes 3 ;
-
les capteurs utilisant des rayonnements ionisants 4 ;
-
les capteurs à force atomique ou attraction moléculaire 5 ;
-
les capteurs à effet tunnel 6 ;
-
le GPS (Global Positioning System) 7.
Ces capteurs, à côté des méthodes plus couramment utilisées comme les capteurs inductifs ou optiques, offrent des propriétés et des possibilités complémentaires qui permettent d’étendre encore plus les possibilités des mesures dimensionnelles sans contact. En général, ces capteurs sont destinés à des applications plus ciblées comme les mesures à faible coût des grandes distances avec les capteurs à ultrasons, des capteurs robustes et précis comme les capteurs pneumatiques qui sont principalement utilisés pour le contrôle en très grande série. Les capteurs à micro-ondes sont principalement utilisés pour des mesures de niveau mais aussi des mesures de très grandes distances dans l’aéronautique. Les capteurs utilisant des rayonnements ionisants sont adaptées aux mesures à l’intérieur de matériaux et pièces opaques très divers pour des applications aussi différentes que la recherche de défauts internes ou le contrôle douanier. Les capteurs utilisant la force atomique ou l’attraction moléculaire autorisent des mesures à des échelles submicroniques sur des matériaux les plus divers, tout comme les capteurs à effet tunnel qui sont utilisés à l’échelle atomique sur des matériaux conducteurs. Le GPS permet lui un positionnement absolu à la surface de la terre, mais est aussi précis pour permettre la surveillance de barrages ou de failles tectoniques.
Cet article s’inscrit dans une série consacrée aux capteurs de mesures dimensionnelles sans contact :
-
Mesures sans contact. Généralités ;
-
Mesures sans contact. Méthodes magnétiques et capacitives ;
-
Mesures sans contact. Méthodes optiques (partie 1) ;
-
Mesures sans contact. Méthodes optiques (partie 2) ;
-
Mesures sans contact. Autres méthodes [R 1 334] ;
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3. Capteurs à micro-ondes
3.1 Principes de mesure
Selon une invention de Watson-Watt, cette méthode de mesure est aussi appelée radar. Une onde électromagnétique de courte durée est générée par un émetteur hyperfréquence (figure 9). Elle est réfléchie par la surface de la pièce à mesurer. Un récepteur détecte l’écho renvoyé.
Dans l’air, les micro-ondes sont réfléchies par les surfaces conductrices ou celles dont la permittivité ou perméabilité est différente de l’air. Dans les milieux solides, ce sont les variations de conductibilité, de permittivité ou de perméabilité qui provoquent les échos : plus l’écart sera important et rapide plus l’onde réfléchie sera intense.
La mesure du temps de parcours de l’aller et retour est une fonction linéaire de la distance. La vitesse de propagation est celle de la lumière, 300 000 km/s dans l’air, plus lente dans les solides et les liquides.
En fonction des applications, les antennes d’émission et de réception peuvent être confondues ou séparées.
La fréquence des ondes électromagnétiques utilisées varie entre 10 mégahertz et quelques gigahertz, les gammes de fréquence libres sont utilisées pour les mesures industrielles.
Pour les applications aériennes ou maritimes, l’antenne est installée sur un axe de rotation afin de balayer tout l’espace. Les radars de poursuite sont installés dans un montage mécanique, piloté par un système d’asservissement qui permet de diriger l’antenne en permanence vers l’objet à mesurer.
La technique est aussi utilisée pour sonder les solides (murs, blocs de bétons, sols) d’une manière analogue à celle des ultrasons : c’est le radar géologique (GPR, Ground Penetrating Radar ), l’image du sol est obtenue par déplacement de l’antenne sur la ligne de mesure.
Pour les radars aériens comme pour les radars géologiques les échos sont enregistrés ou visualisés sur un écran pendant la rotation ou le déplacement linéaire de l’antenne.
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