Capteurs pour systèmes intelligents

Choisir le bon capteur pour une tâche donnée peut sembler évident, mais dans la pratique cela peut parfois s'avérer très complexe.

A l'heure où nous cherchons tous à améliorer notre qualité de vie, et alors que nos ressources naturelles se raréfient, détection et contrôle sont au cœur de nos préoccupations. Contrôler est essentiel pour conserver une production efficace et gérer les ressources. Et sans détection, il ne peut y avoir de contrôle.

L'apport des capteurs dans la vie moderne est bien reconnu. On estime que le marché mondial de ces minuscules dispositifs est déjà supérieur à 50 milliards d'euros, avec une forte croissance annuelle, notamment dans les secteurs des capteurs de gaz, de distance et d'humidité. Choisir le bon capteur pour une tâche donnée peut sembler évident, mais dans la pratique cela peut parfois s'avérer très complexe. Souvent, il faut faire un choix entre plusieurs techniques de détection, chacune offrant des avantages et posant des difficultés différentes au bureau d'études. Par exemple, on peut se poser la question d'utiliser ou non un capteur à ultrasons pour détecter le mouvement. Selon les cas, un capteur capacitif, inductif, optique, radar, infrarouge, ou encore un capteur de proximité à ultrasons peut s'avérer le plus adapté pour l'application concernée. Une fois la technologie idéale sélectionnée, il faut considérer d'autres facteurs, comme la portée ou la résolution. Ceci peut être extrêmement important pour la détection de mouvement ou de position, pour certains processus industriels, ou pour la détection de la température.

De nombreux paramètres à prendre en compte

Même une fois ces problèmes résolus, une expérimentation reste souvent nécessaire. Il est important, par exemple, de choisir le capteur qui génère le signal de sortie le mieux adapté, analogique ou numérique ; qui fournisse la gamme de tension analogique de sortie nécessaire, ou qui soit conforme à une certaine norme, à un certain protocole de communication. Certains capteurs industriels, comme les capteurs de distance laser Panasonic, par exemple, sont dotés d'une interface analogique à déviation de tension ou de courant.
Les aspects mécaniques comme les dimensions physiques ou le style de boîtier ont aussi une influence sur l'adéquation du capteur à l'équipement et à l'application concernée. Les capteurs de température au silicium sont un bon exemple. La série Infineon KT pour applications entre -50°C et +150°C est disponible en boîtier TO-92 standard ou mini, en boîtier CMS SOT-23, ou avec d'autres formes de boîtier spécifiques adaptées au montage sur panneau. Les capteurs de température au platine, qui sont disponibles en plusieurs formats et boîtiers différents, possèdent une gamme de détection plus large, typiquement de -70°C à 500°C, et offrent une stabilité de température meilleure que 4000 ppm/°K.
Le type de montage, par exemple à visser ou à clipser, peut également influencer le coût et la complexité du design ainsi que le temps nécessaire à l'assemblage en production. Les biotechnologies, par exemple, ont besoin d'un large éventail de débitmètres pour différentes applications, différents débits et différentes substances, gazeuses, liquides et éventuellement agressives. Naturellement, les concepteurs doivent aussi tenir compte des surcoûts associés aux capteurs les plus faciles à utiliser.
Pour sélectionner un capteur de position ou de mouvement, la portée, la résolution et la répétabilité sont les principaux critères de sélection et sont globalement plus importants que la précision absolue pour la plupart des applications. À une extrémité du spectre de résolution, le capteur de distance infrarouge Sharp GP2Y0AH01, initialement conçu pour mesurer l'épaisseur du papier dans les imprimantes et duplicateurs, peut servir à tout un tas d'applications industrielles pour mesurer l'épaisseur, le déplacement ou la proximité. Il permet de mesurer des déplacements de 4.5 à 6.0 mm, avec une résolution minimum de 0.1mm, et génère une tension de sortie analogique proportionnelle à la mesure absolue du déplacement.
D'un autre côté, le capteur de mesure de grande distance Sharp GP2Y0D02YK dispose d'une sortie numérique à l'état logique Haut, si l'objet détecté se trouve à une distance comprise entre 20 cm et le seuil de déclenchement fixe du capteur qui est de 80 cm. Si la distance à l'objet détecté est comprise entre 80 et 150 cm, la sortie reste au niveau Bas.

Attention à l'environnement

Dans certains mécanismes, notamment ceux qui sont sujets à l'usure et donc à l'imprécision, comme dans le cas d'un encodeur rotatif permettant de suivre les révolutions d'une roue dont la circonférence diminue progressivement avec l'usure, on peut utiliser un capteur auxiliaire sans contact, comme un capteur optique par exemple, pour permettre au système de se recalibrer périodiquement. Cette approche est intéressante pour les matériels utilisés dans des environnements poussiéreux, ou lorsque le risque d'obscurcissement de la fenêtre du capteur interdit le recours à la détection optique comme moyen de détection principal.

Les capteurs d'humidité et de température font partie de ceux à plus forte croissance. Ils servent couramment à améliorer les performances, à réduire la consommation d'énergie, et à accroître la sécurité d'équipements allant des appareils ménagers aux systèmes HVAC (Heating Ventilation and Air Conditioning, ou chauffage ventilation et air conditionné), et des systèmes de contrôle automobile aux appareils médicaux. Les capteurs d'humidité par exemple, existent en différents types et peuvent avoir différents formats, allant de simples composants CMS miniatures, jusqu'à des modules complets comme dans le cas de l'humidistat Hygrosens TW2001-C. Une autre option est la combinaison d'un capteur d'humidité et d'un capteur de température au sein d'un même module, comme dans le cas de la gamme SHT Sensirion. Ces modules fournissent des mesures précises des deux grandeurs, température et humidité, et une sortie numérique, directement exploitable par un microproceseur.

Les capteurs de gaz, autre segment à forte croissance du marché des capteurs, sont utilisés pour un large éventail d'applications de sécurité, de surveillance ou de contrôle. Les détecteurs dédiés d'oxyde de carbone utilisent souvent un seul type de capteur, comme l'AS-MLC d'Applied Sensor, qui se présente en boîtier TO-39 à 4 broches. La gamme Applied Sensor AS-MLx comprend aussi des capteurs de dioxyde d'azote et de gaz naturel. Les capteurs d'ammoniaque, de dioxyde de soufre, de méthane, de butane, d'hydrogène, d'éthanol ou de vapeurs de carburant, sont proposés sous forme de composants traversants par plusieurs fournisseurs. Le Figaro TGS2600, optimisé pour mesurer la qualité de l'air et détecter la pollution, a des applications dans les commandes de bâtiments intelligents et les équipements de supervision de l'environnement, dans des secteurs allant de la santé à la planification urbaine.

Conrad électronique propose plus de 1600 capteurs de différents types, y compris des capteurs de gaz, des capteurs d'humidité, des compteurs de débit, des capteurs de position et de proximité, des capteurs de pression, de niveau, d'inclinaison, ainsi que des détecteurs de champ ou de résonance magnétique. Il existe même des capteurs de niveau de remplissage sans contact. Ces dispositifs conviennent à une multitude d'applications dans les domaines de la sécurité, de la supervision, du contrôle de l'environnement, du contrôle de processus industriel, de l'automatisation, de la construction, du positionnement ou de la capture de données. Une gamme complète d'accessoires tels que des supports, des prises, des fourreaux, des connecteurs et des appareils de contrôle sont également disponibles. En assurant la fourniture et le support de nombreux produits issus de fabricants réputés, Conrad répond à l'ensemble des besoins de détection des équipements industriels et professionnels, et permet à ses clients de rationaliser tous les aspects de leurs projets, depuis la conception jusqu'à la production et au support après-vente.