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[DCN Tech] Capteur de pression/position passif piézoélectrique


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Un capteur de pression passif est un dispositif électronique capable de déterminer lorsqu’une pression physique est exercée à son contact. Il est dit passif car ce capteur n’émet aucun type de rayonnement qu’il analyse par la suite, à contrario des capteurs laser qui détectent le mouvement dès lors que le faisceau laser est coupé. Les capteurs passifs représentent l’avantage d’être bon marché et de consommer très peu voir aucune énergie.
Ce type de capteur est possible grâce à l’élément piézoélectrique qui le compose.

Démonstration d’un élément piézoélectrique, lorsqu’il se déforme une tension se crée à ses bornes.
Un élément piézoélectrique émet une tension exploitable par un système électronique lorsqu’il est soumis à une pression, que ce soit par contact physique direct ou par la pression de l’air.
En électronique une tension ne représente pas seulement de l’énergie, elle permet de fournir des informations à un système. Plus la pression exercée est grande plus la tension aux bornes du capteur sera élevée. C’est concomitant : il convertit les variations de pression en variations de tension électrique.
Les capteurs de pression sont utilisés dans le domaine de la mesure et de la détection : pèse-personnes, bras robotique ayant un rôle de saisie/palpation, échographie, mais aussi dans la vie quotidienne, comme l’allume-gaz de votre gazinière qui utilise un élément piézoélectrique pour créer cette première étincelle.
La tension aux bornes de l’élément piézoélectrique est généralement amplifiée lorsqu’elle est exploitée dans l’application d’un système électronique.
Détecter une pression permet également autre chose : détecter la position d’un objet ou d’un système. On parle alors de capteur de position. Bien qu’il existe toutes sortes de techniques pour déterminer la position d’un objet (exploitation d’une onde, de faisceaux laser, etc.) je m’intéresse ici aux capteurs de position qui utilisent des éléments piézoélectriques pour fonctionner.

Un boîtier de fin de course, celui-ci permet de vérifier à distance l’état d’une valve d’un système hydraulique (ouverte, fermée, le débit du fluide, etc.).
C’est-à-dire que cette fonctionnalité est principalement utilisée dans le cadre d’un contact direct avec l’objet. Un bras robotique capable d’exercer une saisie ou une palpation peut détecter la présence d’un objet : ses pinces se referment jusqu’à exercer une légère pression sur l’objet, le bras soulève ensuite l’objet et adapte la pression qu’il exerce pour soulever cet objet grâce au capteur de pression piézoélectrique. Tout comme un carton qui arrive en bout de course sur un tapis roulant : au contact du capteur, le système comprend qu’un objet est arrivé au bout du tapis roulant et réagit en conséquence.

Capteur de position, si il est enfoncé le système sait qu’un objet est présent. Celui-là peut typiquement s’utiliser en bout de course d’un tapis roulant.
L’on peut utiliser des éléments piézoélectriques pour créer l’effet inverse : on parle alors d’actionneur. Le principe est simple : on utilise de l’énergie pour déformer l’élément piézoélectrique, le faire se rétracter par exemple. La course très faible, de l’ordre du nanomètre, permet d’exécuter des déplacements avec la plus grande précaution : déplacement d’un microscope, création de vibrations pour assister des opérations d’usinage, contrôle des vibrations et optique adaptative.

Un nano-positionneur linéaire, ce modèle permet d’exécuter des déplacements jusqu’à 30 µm en vibrant!
La création d’un moteur piézolectrique exploite également cet effet inverse : il convertit l’énergie reçue en mouvement. Par abus de langage on parle de moteur ultrasonique car ces moteurs requièrent des alimentations électriques haute fréquence. Ils représentent l’avantage de pouvoir être miniaturisés, d’être discrets, rapides et précis. L’autofocus d’un appareil photo numérique utilise ce type de moteur.

Un moteur piézoélectrique à mouvement linéaire, il fait se déplacer le bras blanc par vibration des éléments piézoélectriques soumis à une tension!
N’importe quel monocristal, c’est-à-dire un cristal qui a un arrangement régulier et périodique d’atomes, peut servir d’éléments piézoélectriques, comme le quartz. Mais c’est également là tout le but de cet article en vous avertissant que la structure cristalline d’un cristal farin permet également de le faire intervenir dans ce genre d’application.

Élément piézoélectrique, le cristal farin est facile à trouver sous cette forme dans les souterrains d’Emperor, qui relient le secteur Marran et le secteur Orion.
Alors n’hésitez pas à en employer dans vos travaux de prototypage pour vos projets d’ingénierie!
De Mara, id 65041.

◊ Commentaires

  • Mara (381☆) Le 21 Décembre 2022
    Le prochain article de ce type sera moins hardcore, j'ai pas beaucoup de retour sur celui-là je pense qu'il va beaucoup trop loin pour un article EDC x)