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[B] ► Sujet de Physique-Chimie de la session 2009 du
Baccalauréat série S, exercice 3 [A]
[1] Equipementier BOSCH
http://rb-k.bosch.de/en/safety_comfort/occupant_protection/index.html
Voir en particulier le menu détaillé développable à gauche de l'écran.
Description des composants http://www.semiconductors.bosch.de/en/20/sensors/accel.asp
Photothèques et articles pour la presse http://www.bosch-presse.de/TBWebDB/en-US/index.cfm
Le site français http://rb-kwin.bosch.com/fr-FR/start/safety.html n’est pas aussi complet.
[2] ► La sécurité passive (doc LPR La briquerie Thionville) [A]
[3]
► Introduction à l’airbag [A] http://defis.cea.fr/defis/118/CEA_DEFIS118_P16_17.pdf
Dans le BUPPC : [4] , [5] , [6] et [7] http://udppc.asso.fr/bupdoc/consultation/selections.php mot-clé : airbag ou manette
[4] Un modèle simplifié de crash-test par O. Vallée,
[5] Les nouveaux airbags par A. Mathis (ce dernier sera mis en ligne fin 2009 : BUP n° 869 p 1745 12/2004),
[6] Utilisation d’une manette de jeu vidéo pour des expériences de mécanique par FX Inglèse et D. Rousseau,
[7] Des souris et des profs… par Thibaut Plisson BUP n° 914 p 599 05/2009
[8] Le site du fabriquant Analog Devices : http://www.analog.com Utiliser un moteur de recherche avec les mots-clés adxl103 + data
► Feuilles de données de ADXL103 ADXL78 [A]
[9] Deux sites sur la wii http://wiibrew.org/wiki/Wiimote et http://www.wiili.org/index.php/Motion_analysis
[10] Revue Science & Vie Micro SVM 11/2008 p74 et site du fabriquant http://www.gyration.com/?l=fr#productOverview/miceKeyboards
[11] Site du fabriquant de
« Hot hand » http://www.sourceaudio.net/ ; Vidéos de
démonstration ►archive de la vidéo [A] www.youtube.com/watch?v=JbYsD7cX9E0 ou www.youtube.com/watch?v=gpCl7xRjZcs
► Article de News electronics
on Campus [A] (summer 2008) extrait d’un document de promotion distribué
gratuitement.
[12] Présentation des MEMS http://www.esiee.fr/~francaio/intromems/intromems.html Une présentation introductive est disponible ainsi que de nombreux documents et un portail thématique complet.
[13] Note de prospective : accelerometer http://www.semiconductors.bosch.de/pdf/prospekt_SMB05x_06x_100.pdf
[14] Equipementier : AUTOLIV http://www.autoliv.com/wps/wcm/connect/autoliv/Home/What+We+Do
[15] Exemple de prix (06/2009) : MMA7341L / 3 axis- 2g à 6€/pc ou ADXL278 / 2 axis-50g à 25€/pc, chez http://fr.farnell.com. Attention : pour une expérimentation simplifiée, a priori choisir un composant à sorties analogiques. Les utilisateurs de micro-contrôleur préfèreront un interfaçage numérique type MMA7456L / 3 axis-low g à 7€/pc. Ou encore ADXL202AE / 2 axis-2g à 20€/pc chez http://radiospares-fr.rs-online.com
Evidemment les prix baissent par quantité : sur le site AD, les composants les plus récents sont environ à 2.1 €/pc par lot de 1000 … ADXL103 est encore disponible au prix de 5.5 € pc mais par 1000 pièces.
En résumé, critères de choix : type de sortie, nombre d’axes, étendue de mesure, sensibilité, prix à l’unité.
[16] Actualité http://www.edn.com/article/CA6666239.html
[17] ► Protection des têtes de lecture de disques durs : note technique ADXL320 [A] http://www.analog.com/en/mems/high-g-accelerometers/products/technical-articles/resources/index.html
[18] ► Integrated MEMS sensors for industrial control. [A] Une courte synthèse introductive
http://www.analog.com/static/imported-files/tech_articles/EPNJan07iSensor.pdf
[19] ► Vout_solution_exacte.pdf [A]
Voir aussi les compte-rendus de lecture des ouvrages
de la bibliographie.
[L1] ► Handbook of modern sensors par J. Fraden (Springer-Verlag 2004). Voir le §13.2 pour les capteurs capacitifs, en particulier celui d’humidité. Le chapitre 18 est consacré aux matériaux des capteurs, le §18.3 décrit plus précisément les technologie de fabrication des MEMS. De façon plus générale, ce livre est une référence pour la connaissance des capteurs, surtout s’ils sont récents.
[L2] ► Capteurs : principes et utilisations par F. Baudouin et M. Lavabre (Casteilla 2007). Voir en particulier le §4.4 sur les capteurs d’accélération. Un livre concret et complet au niveau d’un premier cycle supérieur.
[L3] ► Acquisition de données ; du capteur à l’ordinateur par G. Asch & collaborateurs (Dunod 1999). Voir le §9.4 pour le conditionnement d’un pont capacitif et la démodulation synchrone. Globalement ce livre propose une approche assez complète de l’électronique de mesure, tout en restant accessible.
[L4] ► Microsystèmes opto-électromécaniques MOEMS par P. Viktorovitch (Hermès - Collection Traité EGEM – 2003) Un ouvrage spécialisé dont le sujet est parallèle, consacré aux micro-systèmes pour l’optique. Il n’y a pas encore, à ma connaissance, d’ouvrage spécifiquement consacré aux MEMS dans cette collection.
[L5] ►Introductory MEMS, fabrication and applications par Adams, Thomas et Layton, Richard (Springer - 2010) Un ouvrage d'introduction (L3-M1?) assez complet et synthétique
Les compte-rendus de lecture de ces cinq ouvrages sont disponibles sur le site du BUPPC :
http://www.udppc.asso.fr/nal/index-nal.php
Handbook of modern sensors Physics, designs and
applications par Fraden, J.
Éditeur : Springer - 2004 - 588 pages - 94.95 € - ISSN/ISBN : 0.387.00750.4.
Public visé : phycisien, expérimentateur
Tout physicien est concerné par la mesure et donc par les capteurs susceptibles
de pouvoir convertir telle grandeur physique d'intérêt en signal exploitable.
Le livre de référence en français est « Les capteurs en instrumentation
industrielle » de G. Asch (Dunod 1998 présenté dans le Bup 815 et sur notre
site).
« Handbook of modern sensors » est une autre importante référence complémentaire
qui globalement propose un programme similaire à son lecteur mais avec des
particularités tout à fait intéressantes.
La structure générale du livre est donc aussi de deux parties mais avec une «
cerise sur le gâteau » (si j'ose dire).
Les cinq premiers chapitres (et 225 pages) forment donc une première partie
ayant un caractère de généralité sur la mesure. Nécessaire dans ce genre de
livre, elle propose une introduction à la mesure et à l'acquisition du signal
(Ch1). Classiquement on y étudie les caractéristiques métrologiques des
capteurs (Ch2) indispensables pour pouvoir en évaluer les performances
physiques et métrologiques. On y trouve aussi un long chapitre sur le
conditionnement électronique du signal issu du capteur sans lequel celui serait
fort souvent tout simplement inutilisable (Ch5) ; on y remarquera les quelques
pages sur le « bruit ». On y trouve surtout une présentation synthétique et
somme toute suffisamment élémentaire pour être très lisible des principes
physiques régissant le fonctionnement des capteurs (Ch3) ainsi qu'une originale
présentation des principes et des composants optiques intervenant dans les
capteurs (Ch4) comme la photométrie et la radiométrie, les fibres, fentes, miroirs
et autres modulateurs diverses.
Les douze chapitres suivants (sur 300pages) composent un vaste et diverse
panorama de toute la « zoologie » des capteurs, y compris des systèmes très récents
ou à peine sortie du laboratoire de recherche.
Comme pour « le Asch », les domaines traités sont la mécanique ( présence,
position, déplacement, vitesse, accélération, force, déformation), la mécanique
des fluides ( pression, débit, niveau, acoustique ), optique et rayonnements
nucléaires, thermodynamique ( température, humidité), chimie.
Chacun des domaines retenus propose un choix représentatif de systèmes récents
et performants dûment décrits par des figures claires, un texte explicatif, des
éléments de modélisation physique, des schéma de mise en œuvre, des exemples de
réalisations industrielles... avec suffisamment de pertinence pour faciliter
une recherche de marque sur l'Internet.
Par exemple comme capteur de position, outre les classiques systèmes potentiométriques
et capacitif, il est proposé des variantes modernes de capteurs à bulles
(capacitif ou optoélectronique), des LVDT (Linear Variable Differential
Transformer) liés au déplacement de leur noyaux magnétiques, des capteurs
inductifs, à effet Hall ou encore à magnétorésistance, des capteurs optiques (détecteur
à quatre quadrants, à lumière polarisée, à fibre, à interféromètre Fabry-Perot,
à réseau ou encore à PSD, sans oublier des solutions à sonar ou radar. On aura
ainsi compris que l'on « balaie large », de l'élémentaire au plus pointu, du
plus simple au plus coûteux.
Comme annoncé plus haut, on notera à la fin du livre un original et instructif
chapitre de synthèse sur les matériaux utilisés dans les capteurs (silicium,
plastique, métaux, céramiques et verres) et leurs technologies de mise en œuvre
(film, dépôts, moulage...) ; ainsi que quelques pages sur les nanotechnologies.
On y trouvera aussi 22 pages d'un choix judicieux de tables diverses en
Appendices sans lesquelles un Handbook ne saurait être complet et qui manquent
d'ailleurs dans « le Asch » : unités, constantes diélectriques, magnétiques,
densité, dilatation, thermocouples etc. Et l'inévitable et indispensable index.
Ce livre sera un usuel pour le physicien spécialisé dans la mesure. Il complétera
heureusement une bibliothèque de laboratoire proposant déjà les références «
basiques » du sujet (en français) comme « le Asch » (et deux ou trois autres de
la même collection).
Lecteur : VELAY, Bruno
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Capteurs : principes et utilisations cours et
exercices résolus par Baudouin, Fabrice et Lavabre, Michel
Éditeur : Casteilla - 2007 - 457 pages - 35 € - ISSN/ISBN : 978.2.7135.2749.4.
Public visé : DUT, BTS et écoles d'ingénieur
Enseignant en DUT Mesures physiques, je prête évidemment une attention toute
particulière aux nouvelles (et rares) publications concernant
l'instrumentation, surtout si elles ne sont pas destinées à un lectorat trop spécialisé.
Ainsi, ce livre est destiné tout particulièrement aux BTS/DUT mais concernera
aussi le professeur de physique, surtout s'il enseigne en MPI (Mesures
physiques et informatique).
Nourris de leur expérience pédagogique, ses deux auteurs nous livrent un vaste
panorama de la physique des capteurs et de leurs utilisations.
Lorsque l'on instrumente un process, qu'il intervienne dans un projet pédagogique
ou industriel, on désire par une succession de mesures, suivre l'évolution
d'une grandeur physique. On doit donc faire un choix parmi les multiples
solutions : faire le tri parmi les différentes familles de capteurs existant,
parmi les différentes solutions associées pour le conditionnement électronique
du signal et du post-traitement numérique éventuel. Bref, faire le choix d'un «
dispositif utile et adapté » parmi les différentes solutions industrielles
disponibles (sans en négliger bien sûr le prix).
Dans ce but de faciliter ce choix, les auteurs adoptent un plan classique pour
ce type de livre, qui consiste après un chapitre introductif de généralités
indispensables (nature du capteur passif ou actif, problèmes généraux de la
mesure, solutions usuelles de conditionnement du signal par type de signal issu
du capteur, conversion analogique/numérique et réciproque) à aborder
successivement les familles de capteurs en les classant sur la base des
grandeurs physiques suivies, à savoir température/humidité, longueurs et déplacements,
forces et accélérations, grandeurs magnétiques, vitesses et positions, débits
et niveaux, capteurs optiques.
Chacun des chapitres propose pour les grandeurs concernées une introduction à
la situation, une description des principales familles de capteurs, incluant le
plus souvent (lors que le niveau de l'ouvrage le permet) une modélisation
physique de leur fonctionnement, leurs conditions de mise en œuvre en particulier
les conditionnements conseillés, des critères de choix liés à leurs spécificités,
des exemples caractéristiques de réalisations, ainsi qu'un extrait des feuilles
originales de données (il est aisé de les compléter par une recherche ciblée
sur l'Internet). Quelques exercices avec leur correction complètent chaque
chapitre.
Selon les sujets, les auteurs détaillent plus avant tel aspect caractéristique,
ainsi la présentation des jauges de contraintes inclut une série de
photographies détaillant leur mise en œuvre par collage.
Les figures sont de qualité et souvent originales, un certain nombre est issu
de simulations numériques. Diverses photographies, parfois annotées, décrivent
les capteurs étudiés ou bien les montrent en situation.
Le texte est tout à fait lisible et abordable même si certaines modélisations nécessitent
bien sûr une maîtrise minimale du domaine scientifique traité, mais au niveau
BTS/IUT.
Le spécialiste remarquera l'usage fréquent (pour ne pas dire unique) d'ampli opérationnel
dans les schémas de conditionneurs proposé en exercices, certainement en
rapport avec les programmes d'électroniques de ces classes.
Ce livre pourrait figurer sans démériter dans toutes les bibliothèques de
laboratoire au lycée. Il sera aussi très utile aux personnes s'entraînant en
vue d'une épreuve pratique des concours d'enseignement, où la mesure a une
place privilégiée.
Lecteur : VELAY, Bruno - Paru dans Le Bup n° 899 (1)
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Éditeur : Dunod - Collection Electronique appliquée - 1999 - 478 pages - 330 -
ISSN/ISBN : .
Public visé : Utilisateurs de chaînes d'acquisition de mesure (1er cycle et
+)
Bien connu pour son livre de référence sur les capteurs en instrumentation
industrielle, G. Ash et ses quatre collaborateurs nous donne ici un ouvrage qui
lui aussi fera son chemin et sera rapidement connu.
L'ouvrage reprend le programme de son fameux précurseur dans la défunte
collection Meures Physiques " Electronique des systèmes de mesures "
et " systèmes de mesures informatisés " de Tran Tien L. (Masson) mais
il développe de façon plus systématique et poussée les deux aspects
fondamentaux, et parfois délicat, que sont les effets perturbateurs et le
bruit, ainsi que les caractéristiques métrologiques des différents éléments de
la chaîne de mesure.
Après un chapitre introductif décrivant la chaîne d'acquisition de mesure, le
livre s'organise en trois parties informelles qui s'interpénètrent tout au long
de l'ouvrage.
La première est consacrée aux différents éléments de la chaîne et présente sous
la forme de courts chapitres synthétiques et bien ciblés ce qu'il faut savoir
sur les capteurs, les conditionneurs, les amplificateurs, les filtres, les
multiplexeurs, les échantillonneur-bloqueurs et les convertisseurs.
L'information est à jour et met bien en évidence les méthodes les plus utilisées
en les analysant, en particulier en précisant le sens des principales spécifications
que l'on trouve dans les notices, par exemple celles sur les sources d'erreur.
Mis à part quelques exemples significatifs, l'exposé n'est pas basé sur des
composants particuliers susceptibles de rendre rapidement l'ouvrage obsolète.
La seconde traite de l'organisation d'une chaîne " moderne " standard
d'acquisition exploitant l'ordinateur. C'est un domaine qui a beaucoup évolué
ces dernières années, et il était bon de faire le point. Plusieurs chapitres
abordent ainsi le microprocesseur, la gestion matérielle de la chaîne, le
principe des algorithmes d'acquisition, la transmission de données,
l'architecture de l'ordinateur. On notera le dernier chapitre consacré à
l'acquisition sur PC, rédigé par P. Renard, directeur de la communication de
National Instrument qui est le leader dans ce domaine, en particulier avec ses
instruments " virtuels " conçu sous leur logiciel LabVIEW. Et c'est
effectivement ainsi que l'on travaille maintenant en commandant des cartes
d'acquisition via une interface graphique.
La troisième, par laquelle le livre débute, étudie de façon minutieuse les
parasites et le bruit, ainsi que les différents types de couplages (galvanique,
magnétique, électrique, électromagnétique), leurs causes, leurs influences et
les manières de s'en affranchir au mieux. C'est certainement une partie qui
sera très utile au plus grand nombre.
Un dernier aspect caractéristique et innovant de ce livre est son approche de
la gestion métrologique de la chaîne de mesure au travers d'une part de
l'analyse des spécifications fines des sources d'erreurs des différents maillon
de la chaîne, d'autre part de la gestion du " budget " des
incertitudes qui permet de concevoir un système de précision globale définie.
Si les efforts faits pour éclairer cet aspect souvent camouflé dans un "
flou " fort peu artistique sont les bienvenus, je regrette le choix
pragmatique fait de suivre uniquement la formulation industrielle des paramètres
métrologiques qui ne respecte pas encore précisément la forme et la lettre de
la norme concernant l'évaluation des incertitudes-type. Il faut bien voir que
la maîtrise des caractéristiques métrologiques est au cœur de la démarche
qualité qu'un nombre croissant d'utilisateurs professionnels cherche à mettre
en œuvre.
Ce livre est un livre de base pour l'expérimentateur que je conseille vivement
et qui figurera rapidement dans toute bonne bibliothèque de laboratoire.
Lecteur : VELAY, Bruno - Paru dans Le Bup n° 817
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Éditeur : Hermès - Collection Traité EGEM - 2003 - 238 pages - 80 E - ISSN/ISBN
: 2.7462.0585.8.
Public visé : master
Suite à l'important essor des télécommunications optiques et de l'optoélectronique
par exemple, un très grand nombre de systèmes actuels reposent sur des bases
issues de l'électricité, de l'optique et de l'électronique ; d'où l'intérêt de
disposer d'une présentation d'ensemble des connaissances nécessaires à la maîtrise
de ces réalisations pluridisciplinaires. Tel est le but de la nouvelle encyclopédie,
publiée par Hermès/Lavoisier sous le nom de « traité Électronique ( Génie Électrique
( Microsystèmes », dont les volumes sont répartis en quatre grandes séries : électronique
et micro-électronique, optoélectronique, génie électrique, microsystèmes.
Le livre que nous présentons ci-dessous est le premier tome de la dernière de
ces séries ; son contenu, très varié et technique par nature, est donc
difficile à résumer ici ( car cet ouvrage est une belle synthèse des données
actuelles. Une équipe de 14 spécialistes, dont un coordonnateur, se répartissent
selon leur domaine la rédaction des 7 chapitres de ce volume consacré aux
microsystèmes opto-électromécaniques (MOEMS), que l'on sait maintenant produire
en masse à faible coût.
Pour donner une idée des objets de ce livre, disons seulement qu'il s'agit des
composants et microsystèmes optiques qui en plus font intervenir des parties mécaniques,
servant de microcapteurs ou permettant des mouvements ou bien des micro-déformations,
commandés essentiellement de façon électronique ; par rapport aux composants
opto-électroniques classiques, ceux là sont plus lents mais offrent une très
large variété de fonctionnalités nouvelles, ayant de multiples applications (
comme l'interconnexion des systèmes de télécommunications optiques, l'optique
adaptative en astronomie ou en ophtalmologie, etc. Les MOEMS exploitant les
technologies silicium peuvent être compatibles avec les standards CMOS et bénéficier
ainsi de la puissance de traitement des circuits VLSI ; il apparaît aussi
d'autres MOEMS à semi-conducteurs III-V, permettant de réaliser des
micro-filtres FABRY-PEROT, des VCSELs (nouvelles sources pour les télécommunications
optiques), etc., tous largement accordables...
Dans l'enseignement, cet ouvrage rendra donc éminemment service aux professeurs
de certains IUT ou BTS ou classes techniques ; mais il saura intéresser aussi
tous ceux qui veulent suivre un tant soit peu les développements de l'optique
moderne.
Lecteur : DETTWILLER, Luc
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