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Présentation sur les gyroscopes et les accéléromètres présentée par Chaouki BEN SAID et Maimoun BEN TAHER
Citation preview
Présenté par:
I-GYROSCOPE:
1)-Définition du gyroscope
2)-Effet gyroscopique
3)-Le gyroscope de Foucault
4)-Utilisations
Un gyroscope est un capteur de position angulaire .
Un gyroscope donne la position angulaire selon un, deux ou trois axes.
Un gyroscope diffère du gyromètre qui lui mesure la vitesse angulaire .
Tout objet tournant sur un axe tend à résister aux changements de son orientation.
Démonstrations simple de cet effet :
La précession est le nom donné au changement graduel d'orientation de l’axe de rotation d'un objet .
La rotation avait déjà été mise en évidence par le Pendule de Foucault.
La rotation s’effectuer avec un facteur 1/sin(latitude) .
Un autre instrument était donc nécessaire pour mettre en évidence la rotation de la Terre de façon simple.
Foucault présenta ainsi en 1852 un appareil capable de conserver une rotation suffisamment rapide (150 à 200 rotations par seconde) et pendant assez longtemps (une dizaine de minutes) pour que des mesures observables puissent être effectuées.
Tous les gyroscopes sur le marché aujourd'hui sont probablement du type piezo.
On mesure la tension, on en déduit la contrainte.
On déduit ensuite son accélération en rotation autour de l'axe du rotor.
Après quelques petits calculs (intégrations) on peutconnaitre l'angle de déviation et rétablir sa positioninitiale si la déviation n'était pas souhaité par le pilote
Pour les gyroscopes mécanique, on met une certaine masse en mouvement de rotation à vitesse stabilisée.
Si on cherche à déplacer l'axe de rotation de cette masse, il apparait une force dans une direction perpendiculaire (c'est l'effet gyroscopique )
On mesure l’angle .
Pour la stabilisation d’une direction ou d’un référentiel mécanique
Dans les systèmes de guidage des missiles ou fusées,
Stabilisateur de caméra lors d'une capture perturbée par le mouvement des vagues, le tangage d'un avion, etc.
Les motocyclettes doivent une grande partie de leur stabilité à l'effet gyroscopique.
Véhicule électrique monoplace utilise des gyroscopes pour assurer la stabilisation de façon autonome.
En association avec des accéléromètres, pour déterminer la position, la vitesse et l’attitude d’un véhicule (avion, char, bateau, sous-marin, etc.).
Les hélicoptères radiocommandés en possèdent un .
L'iPhone 4 et l'iPod touch ainsi que le Playstation move possèdent un gyroscope à 3 axes.
La Station spatiale internationale possède 4 gyroscopes qui permettent de garder la station en orbite autour de la Terre.
II-ACCELEROMETRE:
1)-Définition
2)- Principe et approche intuitive
3)-Types d’ accéléromètres
4)-Principaux paramètres propres à un accéléromètre
5)-Applications
Un accéléromètre est un capteur qui permet de mesurer l'accélération linéaire de ce dernier.
On parle encore d'accéléromètre même s'il s'agit en fait de 3 accéléromètres qui calculent les 3 accélérations linéaires selon 3 axes orthogonaux.
Bien que l'accélération soit définie en m/s2 (SI), la majorité des documentations sur ces capteurs expriment l'accélération en « g »
Le principe de tous les accéléromètres est basé sur la loi fondamentale de la dynamique F=M.a .
Egalité entre la force d'inertie de la masse sismique du capteur et une force de rappel appliquée à cette masse.
À partir de là, on obtient une grandeur électrique ou une information visualisable pour l'opérateur.
Un accéléromètre peut être schématisé par un système masse-ressort.
On peut montrer à l'aide du principe fondamental de la dynamique pour un système non-amorti que :
ma+kx+mg=ky.
Il apparaît clairement que cette accélération est proportionnelle à y - x. En mesurant simplement le déplacement de la masse m par rapport à son support, on peut connaître l'accélération subie par ce dernier.
On distingue deux grandes familles d'accéléromètres :
les accéléromètres non asservis
les accéléromètres à asservissement.
Principe:
L'accélération est mesurée par son image "directe " .
Le déplacement de la masse du capteur pour atteindre l'égalité entre la force de rappel et sa force d'inertie.
Accéléromètres mécaniques
Accéléromètres à jauges de contrainte
Accéléromètres piézorésistifs
Accéléromètres à détection piézoélectrique
Accéléromètres à détection optique par occultation
Accéléromètres à détection capacitive
Une masse attachée à un ressort en suspension dans un boîtier externe.
La distance que le ressort s'étend est proportionnel à l'accélération.
Une variante plus actuelle de l’accéléromètre { jauges de contrainte métalliques.
Des résistances de silicium polycristallin ou monocristallin.
La masse sismique est solidaire d'une lame de rappel élastique équipée 4 jauges piézorésistives montées dans un pont de Wheatstone.
La flexion de la lame est traduite en déformation des jauges.
Utilisent un matériau piézoélectrique synthétique(céramique, Quartz, Topaze, Tourmaline,…)
Le signal électrique fourni est proportionnel à à la force qui lui est appliquée et par suite { l’accélération.
Principe:
Maintenir la masse sismique en position, quelle que soit l'accélération subie.
Force de rappel est créée avec un actionneur électromagnétique commandé en courant.
La masse est en équilibre le courant donne la mesure de l'accélération.
La force de rappel utilisée peut être de type électromagnétique ou électrostatique
La tension fournie par le déséquilibre du détecteur agit directement sur le générateur de la force compensatrice
L’information « accélération » se présente sous la forme d’une tension continue proportionnelle { l’accélération.
La principale caractéristique de cet accéléromètre est que la production tend à changer quand il y a même un léger changement dans l'entrée.
Un système { seuil situé après le détecteur permet d’envoyer un ordre calibré de recalage au générateur de force de recentrage, à chaque fois que la tension de sortie du détecteur dépasse ce seuil.
L’information « accélération » se présente sous la forme d’un certain nombre d’impulsions délivrées durant une période déterminée.
Pouvoir délivrer une information directement utilisable par un calculateur
Plus stable et plus sophistiqué que le mode analogique.
Accéléromètres à détection inductive
Accéléromètres à fibres optiques
Accéléromètres à ondes de surface
Accéléromètres à poutres vibrantes
Accéléromètre intégrateur
Accéléromètre angulaire
Accéléromètres multidirectionnels
L’étendue de mesure (en g=9,80665 m/s2)
La bande passante (en Hz)
La précision, la sensibilité (en mV/g)
La gamme de température d'utilisation (en °C)
La masse du capteur, la finesse
Le nombre d'axe (1 à 3 axes)
La construction mécanique
L’électronique intégrée
Le prix
La mesure de vitesse (par intégration)
La mesure de déplacement (par double intégration)
Exemple: Nike, Polar et d'autres, utilisent les accéléromètres pour déterminer vitesse et distance de déplacement.
Myotest utilise un accéléromètre pour mesurer le niveau de performance musculaire. Il calcule la puissance, la force et la vitesse d'un geste, mais aussi la hauteur du saut, le temps de contact ou encore la résistance à la fatigue.
Pour la stabilisation de l'image, l'anti-flou, ...
Pour l'orientation de l'écran.
Pour détecter une chute et arrêter le disque dur.
Nintendo a décidé d'innover en lançant une manette nouvelle génération pour sa console Wii.
En téléphonie:(Sony Ericsson, Nokia , Samsung,…).
La navigation inertielle et des systèmes de guidage dans les mécanismes comme les pilotes automatiques d’avion et de bateau.
Le transport dans les airbags automobiles.
Un lecteur MP3 ou console de jeux de poche: pour ressentir lorsque vous l'inclinez de gauche à droite.
En conclusion, c'est l'application qui va déterminer le type de capteur à utiliser.
La différence va se faire au niveau des gammes :
de fréquences
de températures
de mesures
