Mesure différentielle de lumière

Groupes Scientifiques d'Arras

Lemaire p octobre 2002

Introduction

Pour acquérir la rotation axiale d ’une (mini)fusée expérimentale lors de la phase ascendante, il y a plusieurs moyens

Le moyen optique consiste à deux (ou trois) capteurs de lumière répartis sur les 360° de la circonférence & la lumière du jour non diffuse (couchant ou levant de préférence)

Ici les deux montages présentés utilisent deux capteurs et donnent en sortie une tension qui est fonction de l’angle

Sommaire

Rappels Photo résistance Pont diviseur Montage no 1 Inconvénient Transistor Amplificateur Montage no 2 Pratique Conclusions

tension

Une Force Electro Motrice (ou Tension) crée un courant dans un circuit

résistance

La résistance est la propriété de s’opposer au passage du courant

Loi d ’Ohm Intensité (ou courant) = Tension / Résistance Tension en Volt (V), Intensité en Ampères (A),

Résistance en Ohm

parallèle

Le branchement de deux résistances en // donne :

i1=u/R1 i2=u/R2 i = i1+i2 i=u/R 1/R = 1/R1 + 1/R2 R = R1//R2 = R1 R2 / (R1+R2)

série Le branchement de deux

résistances en série donne : u1=R1 i u2=R2 i u=u1+u2 u=R i u=(R1+R2) i R=R1+R2 u2/u = R2 / (R1+R2) = 1 / (1 + (R1/R2))

Photo résistance ou L D R (Light Decrease Résistor) Composant muni d’une fenêtre dont la résistance diminue avec

l’intensité lumineuse captée l ’intensité du courant augmente donc

Valeur mesurée avec un multimètre en

mode ohmètre Face au soleil de 50 à 100 ohms Opposé au soleil de 200 à 300 ohms A l ’intérieur de quelques kiloohms Recouverte de quelques centaines de kiloohms

OHMETRE

Pont diviseur Construit avec deux résistances La tension de sortie augmente avec la résistance

du bas qui augmente La tension de sortie diminue avec la résistance

du haut qui augmente

Montage de mesure

Construit avec deux photorésistances

Cela donne un montage de mesure de la différence de lumière reçue par les deux éléments

Cas différentiel 1 La lumière reçue augmente sur la

photorésistance du haut La tension de sortie augmente La constatation est la même pour la

lumière qui diminue sur celle du bas

Cas différentiel 2 La lumière reçue augmente sur la

photorésistance du bas La tension de sortie diminue La constatation est la même pour la

lumière qui diminue sur celle du haut

Consommation En plein jour l ’intensité traversant les

deux éléments peut atteindre quelques dizaines de mA

C ’est l ’inconvénient de ce montage très simple

Transistor Composant actif à trois pattes (ici version NPN) Les noms sont Collecteur, Base, Emetteur (C, B,

E) L ’intensité de C à E vaut Gain fois l ’intensité de

B à E Ce composant a la particularité d ’amplifier le

courant Cette particularité fait que ce composant est utilisé dans tout

circuit d ’amplification ou de commande

B

E

C

Collecteur commun

Ce montage reporte (à Vbe près) sur la sortie, la tension d ’entrée

Avec un courant d ’entrée plus faible

Collecteur chargé Ce montage reporte (au rapport A près)

sur la sortie, la tension d ’entrée A vaut - résistance Collecteur / résistance Emetteur

Montage amplificateur L ’intensité du pont diviseur doit être au moins 10

fois plus grand que l ’intensité de Base

Montage de mesure

Avec deux photo résistances remplaçant deux résistances

Cas différentiel 1

La lumière reçue augmente sur la photorésistance de Base

La tension de sortie augmente

Cas différentiel 2

La lumière reçue augmente sur la photorésistance d ’Emetteur

La tension de sortie diminue

Pratique

Le transistor NPN est du type 2N2222 Les résistances, chacune de 470 ohms Le montage est alimenté sous 4 à 12v

schéma final

exemple

Alimentation de 5v LDR 100 ohms en plein soleil LDR 200 ohms à l ’opposé Gain en courant B du transistor = 100

équations Tension Base = Alim / (1 + (470 / LDR1//(B*LDR2) ) ) Tension Emetteur = Tension Base - 0.65v Courant Emetteur = Tension Emetteur / LDR2 Courant Collecteur = Courant Emetteur*B / (B+1) Tension Collecteur = Alim - (470*Courant Collecteur)

cas différentiel 1

LDR1 en plein soleil Tension Base = 5 / (1 + (470 / 100//(100*200) ) ) = 0.87v

Tension Emetteur = 0.22v Courant Emetteur = 0.0011A Courant Collecteur = 0.00109A

Tension Collecteur = 4.49v

cas différentiel 2

LDR2 en plein soleil Tension Base = 5 / (1 + (470 / 200//(100*100) ) ) = 1.47v

Tension Emetteur = 0.82v Courant Emetteur = 0.0082A Courant Collecteur = 0.0081A

Tension Collecteur = 1.2v

références

Radiospares 2002 Beauvais (60) 470 ohms 1/4w 135-831 0.29€ 10--40p 470 ohms 1/3w 131-211 0.34€ 10---40p 470 ohms 2/3w 132-416 0.38€ 10--40p 2N2222a 295-028 0.92€ 1--24p BC108 293-533 0.75€ 1--24p LDR phi5 234-1044 1€ 1--9p LDR phi11 234-1050 2.86€ 1--9p LDR phi13 651-507 2.4€ 1--9p LDR phi5 596-141 1.2€ 1--9p

Conclusions

La simplicité fait le dernier schéma Un amplificateur opérationnel peut

également être utilisé Ou aussi relier chaque pont

470ohms--LDR à une entrée analogique d’un microcontrôleur (PIC par exemple)