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> Détecteur impulsion mécanique 001
Dernière mise à jour : 16/05/2010Présentation
Le détecteur décrit ici permet de commander un appareil sur présence d'une détection de choc mécanique. Vous pouvez aussi l'utiliser pour signaler l'absence de vibrations (arrêt d'un moteur par exemple).
Le coeur du montage est basé sur un buzzer piezo-electrique, monté en capteur de vibrations mécaniques. Il est simple à réaliser et fonctionne très bien. Voir aussi essai avec une version CMOS, à la page Détecteur impulsion mécanique 002.
Schéma
Ici, l'appareil commandé est une led, à vous d'adapter la
sortie en fonction de vos besoins.
Il peut être décomposé en trois parties distinctes :
- amplificateur d'entrée
- redressement et filtrage
- comparateur de tension
- étage de sortie
Amplificateur d'entrée
Le signal électrique produit par le capteur piezo PZ1, quand il vibre ou quand il reçoit un choc, est tout d'abord amplifié. L'amplification est confiée à l'AOP U1:A de type LM358 (deux AOP - U1:A et U1:B - dans le même boitier 8 pattes). Le gain (taux d'amplification) est déterminé par le rapport des résistances [RV1 + R1] et R2, le potentiomètre RV1 permettant d'ajuster ce gain entre 2 et 10 environ. Si la sensibilité du montage se révèle trop basse, vous pouvez diminuer la valeur de la résistance R2 (une 4,7 kO au lieu de 10 kO doublera la sensibilité). Les deux diodes D1 et D2 protègent le circuit intégré contre des tensions d'entrée trop importante, certains buzzers piezo étant capable de délivrer des signaux de plusieurs volts quand on frappe fort dessus. Avec une alimentation générale de 9 V, ce n'est pas très risqué, mais comme ce montage peut fonctionner avec une alim de 5 V (voire un peu moins), l'amplitude du signal d'entrée peut devenir dangeureuse et il vaut mieux dans ce cas l'écrêter en cas de dépassement de la valeur de la tension d'alim.Redressement et filtrage
Le signal amplifié par l'AOP U1:A est appliqué à un étage de redressement, qui prend la forme d'une simple diode silicium de type 1N4148. Le condensateur C1 joue le rôle de réservoir d'énergie et permet de filtrer (lisser) le signal amplifié, de sorte à avoir une tension plus ou moins continue. La résistance R4 permet de décharger le condensateur en absence de signal d'entrée (en absence de vibration sur le capteur), sa valeur détermine directement son temps de décharge. Comme la valeur de cette résistance est élevée, elle a peu d'incidence sur la charge du condensateur, par rapport à la valeur de la résistance interne de la diode D3.Comparateur de tension
La deuxième moitié du LM358, U1:B, est monté en comparateur de tension. Son entrée non-inverseuse reçoit la tension continue issus de l'étage redresseur qui précède, et son entrée inverseuse reçoit une tension continue fixe de référence provenant d'un pont diviseur variable réalisé avec le potentiomètre RV2. Comme la tension continue issue de l'étage précédent diminue lentement dès que le capteur ne reçoit plus de vibration ou de choc, ce potentiomètre permet d'agir sur la durée de l'impulsion de sortie. Si en effet la tension de référence disponible au curseur de RV2 est faible, il faudra attendre plus longtemps que la tension redressée et filtrée repasse en-dessous du seuil du comparateur, et la sortie de ce dernier restera donc plus longtemps activée. Ceci dit il faut relativiser les choses, la durée de décharge de C1 est assez rapide car le condensateur a une valeur moyennement faible et la résistance R4 en parallèle à ses bornes n'a pas une valeur si élevée que ça. A ce sujet, rien ne vous empêche d'augmenter la valeur de C1 et de R4 pour disposer d'un temps d'activation plus élevé.Etage de sortie
Il est assez basique. Un simple transistor de type NPN petite puissance assure l'amplification en courant nécessaire pour activer sans soucis une LED ou un petit relais. On pourrait à la limite se passer de ce transistor si on se limitait à vouloir allumer une LED qui peut fort bien se contenter de quelques mA, mais j'ai le sentiment intime que la LED ne sera pas la seule charge possible. A la limite, vous pouvez aussi vous contenter d'une résistance de charge en sortie du comparateur et exploiter l'information (changement d'état) avec un microcontrôleur. Et si vous manipulez déjà assez bien ce genre de composant programmable, vous pouvez même vous passer du second AOP et traiter directement avec une entrée analogique la valeur de l'amplitude du signal présent sur C2. Vous disposerez ainsi d'une première information de type "déclanchement" et d'une seconde information de type "force de frappe", à condition d'un réglage bien fait au niveau de l'amplificateur d'entrée. Il faut en effet rester dans un régime de travail linéaire et non saturé, sion l'information "force de frappe" sera toujours à sa valeur maximale. A noter qu'il existe une deuxième solution pour déterminer la force de frappe : mesurer le temps pendant lequel la sortie du comparateur est passée à l'état haut, puisque cette durée est proportionnelle à la charge du condensateur C1.Aperçu du fonctionnement par graphe
La courbe verte représente le signal tel qu'on pourrait le trouver en sortie du capteur. La courbe jaune correspond au signal amplifié, redressé et (un peu) filtré, pris au point test TP1. Enfin, la courbe rouge représente le signal en sortie du second AOP, point noté Out.
Prototype
Réalisé sur plaque sans soudure. Le montage a été testé avec un capteur piezzo et avec un petit HP 8 ohms. 
Essais avec le petit HP 8 ohms :
et essais avec le capteur piezzo :
Cela fonctionne très brien dans les deux cas. Avec la sensibilité d'entrée à son maximum, il suffit de frôler le capteur (Piezzo ou HP) pour que la led s'allume. A noter que le capteur piezzo est bien plus "sensible" que le HP, ce dernier ayant un équipage mobile assez imposant à faire déplacer pour produire une tension de sortie exploitable. A titre de comparaison, le capteur piezzo utilisé ici délivre des signaux dont l'amplitude dépasse sans problème le volt quand on le tappe tout doucement, alors que le HP ne délivre au plus que quelques dizaines de mV. Par contre, le HP est un peu plus sensible aux bruits environnants, si on crie à côté par exemple. Souvenez-vous tout de même qu'à l'origine ce montage est prévu pour détecter des chocs ou vibrations mécaniques avec un piezzo. Il n'est pas prévu pour un concours de cris aigus.