Capteur de type LVDT

Bonjour à tous,

J’aurais besoin de votre aide pour intégrer un signal sur une entrée analogique d’un Arduino. J’ai réalisé un pseudo capteur LVDT en bobinant 3 éléments. Une bobine centrale, dit primaire, qui est alimentée par un GBF en mode sinus avec une fréquence de 1KHz. Un noyau permet de faire du couplage inductif sur les autres bobines. Le but du montage est de connaître la position du noyau en fonction du signal de sortie. :slight_smile: Le capteur fonctionne, je vous joins des captures d’écran du signal vue à l’oscilloscope. En PDF le schéma du montage. Je voudrais intégrer le signal sur une entée analogique pour en déduire la position du noyau en fonction de la tension du signal de sortie. Pour pouvoir utiliser une entrée analogique, un pont de polarisation s’occupe de remettre le signal entre 0 et 5 volts avec un axe à 2.5 volts.

Mes questions :

1/ comment analyser une tension alternante sur une entrée analogique ?

2/ comment analyser si le signal est synchrone ou en déphasage par rapport au signal du GBF.

D’avance merci pour le temps passer à lire ce message. Bonne soirée.Schema_1.PNGSchema_2.PNGSchema_3.PNGSignal_noyau_centre.PNGSignal_noyau_positionA.PNGSignal_noyau_positionB.PNGSortie_pont_polarisation.PNG

1/ comment analyser une tension alternante sur une entrée analogique ?

Il faut décaler le signal pour qu'il soit toujours positif.

Pour obtenir un décalage de Vcc/2 il faut placer un pont de résistance entre Gnd et Vcc avec son point milieu sur l'entrée analogique. Valeur des résistances (qui sont égales pour obtenir Vcc/2) >= 20k

Pour une fréquence min de 1 kHz il faut entrer sur un condensateur série de plus de 20µF (pour que son affaiblissement soit minimal à 10kHz) et dont l'autre extrémité sera reliée au point milieu du pont.

2/ comment analyser si le signal est synchrone ou en déphasage par rapport au signal du GBF.

Détecter les passages à 0 et mesurer le temps entre le passage à 0 du signal à mesurer et celui du générateur. Sachant que la période représente 2*PI radians (360°) et est égale à 1/F

Note : Impossible de voir les pièces jointes à partir d'une tablette ou d'un smartphone. Pour introduire les images dans le texte : - copier l'adresse en survolant le lien avec la souris - éditer le message - utiliser l'icone en forme d'écran et y copier l'adresse - enregistrer la modification

Pour avoir des liens cliquable utiliser l’icône chaîne.

Bonsoir 68tjs,

J'ai édité mon poste pour que les pièces jointes soient visibles.

J'ai fait le décalage pour que le signal soit toujours positif en reprenant votre réponse dans un autre poste où vous aviez expliqué et fourni un schéma de polarisation. Cela fonctionne, pas de soucis. Pour le logiciel je ne sais pas comment aborder le problème. Je sais traiter un signal analogique classique sur Arduino, mais pas quand il alterne :) autour de 2.5 volts.

Ok pour le déphasage je vais essayer de coder cela.

Merci pour vos réponses et bonne soirée.

Bonsoir,

J'ai peut-être une piste pour le traitement de la position. Je convertis ma tension avec la fonction MAP et je récupère une valeur pouvant varier de 0 à 255. Je ne regarde que la partie de l'alternance haute par exemple qui va varier entre 128 et 255. Je fais une comparaison entre la valeur lue et une valeur de définition de position. Est-ce que cette méthode vous parez correcte ?

Mon problème c'est que signal n'a pas une amplitude de 0 à 5 volts mais de 0.2 volts. Connaissez un moyen d'amplifier le signal de manière simple ? (débutant en électronique)

Je regarde du côté des AOP pour avoir un gain, est-ce que cette piste est la bonne ?

Merci.

Mon problème c'est que signal n'a pas une amplitude de 0 à 5 volts mais de 0.2 volts. Connaissez un moyen d'amplifier le signal de manière simple ? (débutant en électronique)

Avant d'amplifier, il faut optimiser la façon dont le micro est géré.

Si l'amplitude du signal est 200mV Crète à Crète il est possible de changer la référence de tension du convertisseur. Parmi les références possibles il y a la référence par défaut qui est Vcc donc un pas de mesure sensiblement égal à 5V/1024 ~= 5mV et la référence interne qui vaut 1,1 V soit un pas de mesure sensiblement égal à ~= 1mV. Cela fait un amplificateur par 5 gratuit. Bien sûr il faut décaler le point de polarisation du pont vers 0,5V Une amplitude crête à crête de 0,2V représentera 200 pas de mesure, est-ce suffisant ?

A priori je relèverai des points sur un temps d'une période que je stockerai dans un tableau (en fait deux tableaux un pour le signal, un pour le générateur). Je traiterais ensuite les mesures sur les deux tableaux pour détecter les passages par 0 et en déduire un déphasage dans l'unité que tu veux.

Attention quand on alterne les mesures sur deux voies analogiques ( signal sur A0 et générateur sur A3 par exemple) il faut recommencer chaque mesure. Explication : si le changement d'entrée intervient pendant qu'une acquisition du convertisseur est en cours la première mesure qui suit le changement d'entrée risque fortement d'être fausse, donc on la refait systématiquement.

Information : La fonction analogueRead() est très conservatrice et donc réglée à faible vitesse d'échantillonage. En lisant la datasheet du micro il est possible de faire des mesures analogiques plus rapidement.

Bonsoir En utilisant l'Arduino et son code comme 'générateur BF' (du code + un peu de hard dont un filtrage passif) il ne resterait qu'une seule tension à acquérir et analyser ....... et la référence de temps/phase serait 'sur place', plus facile pour le déphasage.

Bonsoir,

Je fais un test avec une référence de tension interne de 1.1 volt. C'est OK cela fonctionne. Par contre, mon signal de bobine primaire étant supérieur à une tension crête crête de 1.1 volts et la fonction de référence interne de tension vaut pour l'ensemble de port analogique je ne pourrais pas faire la comparaison de tension pour le déphasage entre la bobine primaire et la sortie signal.

Une question sur le pont de polarisation lorsque je le branche sur l'arduino la tension s'écroule, on dirait que le pont est court-circuité à la masse !

Est-ce qu'il y a une possibilité d'utiliser un AOP avec pour signal d'entrée, le primaire et le signal de sortie est que l'AOP me donne un état de tension par exemple haut si-il y a un déphasage entre les deux signaux et bas si-il n'y a pas de déphasage ? J'avoue que cela dépasse mes compétences. Je viens de lire un datasheet d'un LM358 mais pour moi ce n'est pas clair !

al1chc, je n'ai pas encore essayé cette méthode, je vais essayer de trouver un schéma et un code pour faire cet essai. Merci.

Par contre, mon signal de bobine primaire étant supérieur à une tension crête crête de 1.1 volts

Un signal ça s’affaiblit.

la fonction de référence interne de tension vaut pour l'ensemble de port analogique

Une référence interne se commute bien qu'ici ce ne soit pas la solution la plus astucieuse. Ce qu'on appelle un pont de résistance s'appelle aussi un pont d'affaiblissement. Il existe des "lignes" d'affaiblissement plus chiadées si le générateur à une impédance de sortie bien définie. Je suppose que le générateur est un appareil de laboratoire, je suppose que son impédance de sortie est soit 600 ohms, soit 50 ohms : peut tu confirmer. Quel niveau crête à crête délivre-t-il dans ton application ?

Une question sur le pont de polarisation lorsque je le branche sur l'arduino la tension s'écroule, on dirait que le pont est court-circuité à la masse !

Quasiment certain que les valeurs de résistances sont mal adaptées au reste du montage (dans la mesure où il n'y a pas d'erreur de câblage) Un amplificateur opérationnel ne résoudra pas ce problème car son impédance d'entrée dépendra des valeurs des résistances qui servent à régler le gain. Il faudrait passer par des AOP d'instrumentation, c'est faisable mais le schéma se complique. Je suppose que ton "machin" à une sortie à haute impédance et qu'il ne supporte pas une charge trop faible. Il faudrait essayer avec des résistances de plus de 100 k.

Fait un schéma avec tous les composants et leur valeur pour qu'on y voit un peu clair.

Question : C'est un usage à destination personnelle ou à destination scolaire ? Le quadrillage Seyes n'incite pas à penser à un projet pro.

Bonjour,

Un signal ça s’affaiblit.

OK je vais chercher des infos sur les lignes d’affaiblissements et les ponts d’affaiblissements.

Je suppose que le générateur est un appareil de laboratoire, je suppose que son impédance de sortie est soit 600 ohms, soit 50 ohms : peut tu confirmer.

Le générateur est un appareil de labo “RIGOL DG1022A” son impédance est réglée sur 50 Ohms.
Il délivre sur la bobine primaire 20 Vpp, la bobine primaire à une valeur de résistance de 1.754 Ohms et 5.604 mH lorsque le noyau est dans la bobine et 3.173 mH lorsque le noyau est en position maxi à droite ou à gauche.

Je mets mon oscilloscope sur la bobine primaire j’obtiens : 9.3 v crête/crête et 3.316 V RMS ca

Je mets mon oscilloscope sur les bobines de sortie j’obtiens: 870 mV crête/crête et 307 mV RMS ca

Quasiment certain que les valeurs de résistances sont mal adaptées au reste du montage (dans la mesure où il n’y a pas d’erreur de câblage)

Je vais contrôler le câblage et modifier les valeurs de résistance pour voir si il y a un changement. J’ai cherché de la documentation sur les ponts de polarisation, quelques infos sur le site de “Sonelec” dans les étages d’amplifications mais pas de règle de calcul. En tout cas si elle y était je ne l’ai pas vu ou pas comprise.

Question : C’est un usage à destination personnelle ou à destination scolaire ?
Le quadrillage Seyes n’incite pas à penser à un projet pro.

C’est un usage en premier lieu personnel, mais si le projet fonctionne je vais l’utiliser avec des stagiaires
Je suis formateur en maintenance mécanique pour les véhicules industriels (TP, poids lourds, agricole).

De nombreux capteurs font partie des véhicules aujourd’hui. Le problème est que ne n’ai pas de formation en électronique donc j’apprends je cherche et j’essaie de comprendre.

L’intérêt du montage aujourd’hui sans Arduino et de faire de la mesure avec un oscillo et de comprendre ce que voit le calculateur. Je voulais ajouter un Arduino pour pouvoir montrer les valeurs de conversion analogique numérique et de générer un éclairage par Led lorsque ou déplace à gauche ou droite le noyau.

Les stagiaires n’ont pas de formation en électronique dans leur formation, j’essaie de trouver des systèmes un peu sympa pour les intéresser au technique de mesure à l’oscillo, multimètre et de faire le lien avec ce qu’il voit dans les valises de diagnostic. (le capteur LVDT est utilisé comme position de vérin ou de butée de boite à vitesse)

Le quadrillage Seyes n’incite pas à penser à un projet pro.

Effectivement ce n’est pas un projet pro, j’utilise les feuilles délaissées par mes enfants pour les recycler (le prof de chimie ne veut que des feuilles jaunes et les bleus …

Aujourd’hui si le formateur ne fabrique pas ses maquettes, les stagiaires ne font que de la mesure que sur papier !

Merci de ta patiente et des infos, Bonne journée.

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Je suis formateur en maintenance mécanique pour les véhicules industriels

C’est plus clair et ton montage est aussi plus clair dans ma tête :grin: .
Je reprend à Zéro.
J’ai fait une recherche sur ce qu’était un “LVDT”, c’eût été plus sympa si tu avais présenté la chose, nous ne sommes pas universels, en tout cas pour moi c’est sûr.

J’ai refait ton schéma à ma sauce, j’obtiens ceci:

Screenshot_20181221_164525.png
C’est un transformateur à 3 enroulements, les deux secondaires sont en opposition de phase → les tensions se soustraient en fonction d’un couplage variable.
Le couplage est assuré par un noyau qui favorise l’un ou l’autre enroulement secondaire.

Première remarque : je ne vois pas de liaison de masse au niveau du générateur. Dès que tu place une sonde d’oscilloscope tu vas créer cette liaison de masse seulement le temps de la mesure.
Ce n’est pas sain, il est préférable que la liaison de masse soit fixe et c’est une cause de non fonctionnement.

Deuxième remarque : je t’ai parlé de pont d’affaiblissement résistif ou de ligne d’affaiblissement adaptée 50 ohms.
Oublie les lignes, c’est sur ton montage une très mauvaise solution (je revendique mon droit à dire des conneries).
Je te propose un pont résistif affaiblissant.

On va jeter un œil sur le pont de polarisation. Nous sommes en alternatif → le condensateur C10 est un court-circuit pour le 1kHz → toujours pour l’alternatif la résistance R1 se retrouve en parallèle sur la résistance R2.

Je te propose le schéma suivant où la résistance R5 forme un pont d’atténuation avec l’ensemble (R3//R4).

Screenshot_20181221_164753.png

Bien évidement cela ne peut fonctionner que si un point du générateur est à la masse.

Je te laisse calculer les valeurs, si tu as des questions n’hésite pas à les poser.

Bonjour,

Tout d’abord, merci pour le schéma.

J’ai fait une recherche sur ce qu’était un “LVDT”, c’eût été plus sympa si tu avais présenté la chose, nous ne sommes pas universels, en tout cas pour moi c’est sûr.

Désolé pour le manque d’information :-![

Première remarque : je ne vois pas de liaison de masse au niveau du générateur. Dès que tu place une sonde d’oscilloscope tu vas créer cette liaison de masse seulement le temps de la mesure.
Ce n’est pas sain, il est préférable que la liaison de masse soit fixe et c’est une cause de non fonctionnement.

Tu as raison la mise à la masse c’est fait par mes sondes d’oscilloscope. Je corrige cela.

Deuxième remarque : je t’ai parlé de pont d’affaiblissement résistif ou de ligne d’affaiblissement adaptée 50 ohms.
Oublie les lignes, c’est sur ton montage une très mauvaise solution (je revendique mon droit à dire des conneries).
Je te propose un pont résistif affaiblissant.

Il n’y a aucun soucis, mais cela ma permit de fouiller sur internet et de découvrir des choses à travailler, donc c’est parfait.

On va jeter un œil sur le pont de polarisation. Nous sommes en alternatif → le condensateur C10 est un court-circuit

Question: Pour moi le condensateur C10 sert de filtre d’alimentation. Il est dans le domaine du continu ? Je veux bien des précisions sur ce que tu m’as dit.

pour le 1kHz → toujours pour l’alternatif la résistance R1 se retrouve en parallèle sur la résistance R2.

Alors, là j’avoue que tu m’as perdu. Le fait d’alimenter le pont de résistance en AC on se retrouve avec une équivalence de résistance en parallèle ? C’est uniquement dû à la tension alternative ou c’est la présence du condensateur qui explique ce phénomène ?

Je te laisse calculer les valeurs

Alors, je me suis vite aperçu que cela dépasse mes compétences. J’ai un peu triché. J’ai passé la moitié de la soirée à essayer de calculer toutes les valeurs du schéma. Le problème vu ma faible connaissance en électronique je ne sais pas par quel côté attaqué. D’abord, le pont diviseur, le condensateur, l’atténuation …Donc en fouillant pour essayer de trouver une parade, je suis tombé sur la chaîne YouTube “Electrobidouilleur"qui montre comment utiliser un simulateur en l’occurrence” LT Spice".

Donc après la découverte de ce logiciel j’ai dessiné le schéma que tu m’as fourni puis j’ai attaqué les simulations.

Je mets le schéma avec les valeurs de composants trouvées et la copie des simulations de courbe. L’objectif était de sortir pour le primaire et le secondaire des tensions comprises entre 0 et 1 volts pour les deux signaux. L’Arduino sera programmé avec une référence de tension interne de 1.1 volts.

Que penses-tu des valeurs trouvées, je n’ai pas encore fait le montage physique.
Merci d’avance.

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Question: Pour moi le condensateur C10 sert de filtre d'alimentation. Il est dans le domaine du continu ? Je veux bien des précisions sur ce que tu m'as dit.

Oui. Alons un peu plus loin : que filtre le condensateur ? -> du bruit. Qu'est-ce que le bruit ? --> des phénomènes alternatifs.

Imagine que le bruit soit une fréquence à 1 kHz, si le condensateur est bien choisi à 1 Khz son impédance sera négligeable. L'impédance d'un condensateur est donnée par la formule Z = 1/(C*2*PI*F). A 1kHz pour un condensateur de 22µF on obtiens : Z= 7,5 ohms.

Dans un montage électronique analogique on a l'habitude de séparer le raisonnement sur le comportement continu (les alim) de celui du fonctionnement alternatif. Dans le fonctionnement alternatif les sources de tensions continues n'interviennent pas elle sont considérées comme des courts-circuits pour l'alternatif et si les sources de tensions réelles ont trop d'éléments parasites qui les empêchent d'être considérées comme parfaites on ajoute un condensateur en parallèle pour parfaire l'effet de court-circuit pour les fréquences alternatives.

On lit souvent ici que le condensateur est fait pour filtrer l'alim, c'est vrai mais c'est secondaire. Le vrai rôle du condensateur d'alim est de refermer le plus proprement possible le circuit pour les fréquences alternatives.

Pour en revenir au pont les résistances R1 ou R3 sont reliées à la masse par le condensateur qui fait 7,5 ohms d'impédance à 1 kHz, vu la valeur de R1 et R3 elles se retrouve bien , DU POINT DE VUE DU 1kHz, en parallèle avec respectivement R2 et R4. Si la résistance de pont fait 10 k les 16 ohms seront négligeable.

La suite des réponses un peu plus tard, là je dois y aller.

Suite.
Très bonne initiative d’apprendre à te servir de LTSpice.
La précision d’un simulateur dépend directement de la précision des informations que tu lui donnes.
C’est parfaitement normal que la réalité soit un peu différente, néanmoins un simulateur est idéal pour vérifier un raisonnement et voir dans qu’elle direction il faut modifier.

Je reprend le calcul du circuit atténuateur.
Je vais faire une modification de la présentation du schéma, ce n’est que de la présentation mais la présentation est super importante pour aider la compréhension ou pour tout embrouiller.

Le schéma général :
cap2013_2018_12_22_18_32_00.png
Intéressons nous au continu seulement.
Pour le continu un condensateur est un isolant parfait, aucun courant ne peut le traverser → on peut retirer tous les condensateurs et ce qui est raccordé dessus.
On obtient :
cap2013_2018_12_22_18_35_27.png

Regardons coté alternatif :
Première forme : présentation retravaillée :
cap2013_2018_12_22_18_38_17.png

Pour l’alternatif les condensateurs de fortes valeurs sont des court-circuits parfaits : retirons les du schéma :
cap2013_2018_12_22_18_38_31.png
Edit : coquille dans la formule il faut lire Vs = Ve*Re/(R3 +Re)

On a bien la représentation d’un pont d’affaiblissement résistif.

Calcul des valeurs :
Quel affaiblissement faut-il ?
Le signal provenant des secondaires fait au max 200 mV, choisissons la même valeur pour le signal de référence du générateur
Affaiblissement A = 0,2V /9,3 V = 0,02.

A partir de maintenant il faut faire des choix et le premier est d’avoir des valeurs réalistes pour les résistances : pas de milli ohms ni de megohms.

La valeur d’atténuation est Vs/Ve = A = Re/ (Re + R3)
En réduisant la fraction on a :
ARe +AR3 = Re → R3 = Re*(1-A)/A = 49 Re.
Des valeurs trop importantes de résistances ne sont pas recommandées car elles imposent des courants très faibles. Il ne faut pas oublier que les composants électroniques ont des courants de fuites qui s’il sont du même ordre de grandeur que les courants “utiles” perturberont le fonctionnement. Autant ne pas jouer avec le feu.
Je me fixe arbitrairement R3 = 500k. Ce qui va me donner 10 k pour Re (je fais les calculs à la louche tu pourra les reprendre avec plus de précision et t’assurer que la valeur normalisée existe).

Pour calculer R1 et R2 on va faire pareil.
On veut que la tension continue délivrée par le pont soit 0,5 V ce qui donne un affaiblissement de 10 avec Vcc = 5V soit A = 0.1
A= R1/(R1+R2) —> AR1 +AR2 = R2 ----> R1 = R2 * A/(1-A) —> R1 = 0,11* R2

On a déjà calculé Re = 10k = R1 // R2, on a tout pour calculer la valeur de R1 et R2

Je n’aime trimbaler des chiffres c’est des sources d’erreurs de recopie alors je pose R1 = aR2 (avec a = 0,11)
Re = aR22/(a+1)R2 en simplifiant numérateur et dénominateur Re = R2a/(a+1) → R2 = Re(a+1)/a = 110k

Pour finir R1 = 0,11R2 ----> R1= 12,1 k
R1 = 12,1k
R2 = 110k
R3 = 500k

Bonjour,

Merci beaucoup pour toutes ces explications :D

Je reprends les calculs avec ta méthode pour m'assurer que j'ai tout compris et je reviens vers toi si j'ai un doute.

Lorsque mes calculs sont OK je l'ai intègre dans LTspice pour réaliser une simulation et je passe au montage physique.

Je vais faire une modification de la présentation du schéma, ce n'est que de la présentation mais la présentation est super importante pour aider la compréhension ou pour tout embrouiller.

En effet cela change tout et l'explication sur le raisonnement en CC puis en CA est formidable. Je n'avais pas compris comment un électronicien posé son raisonnement.

Je te tiens au courant pour la suite du montage.

En attendant encore merci et je te souhaite un joyeux Noël.