Mesurer une vitesse de rotation 
à l'aide d'un phototransistor

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Prérequis

Utilisation simple de Logger Pro
Connaissance des lois de base de l'électricité.

Connaissance du phototransistor

Connaissance de la photorésistance

Introduction

Dans le cadre du défi MPI, il est demandé de mesurer la vitesse de rotation de l'éolienne.

Cette page est là pour te guider vers une solution possible (ce n'est bien sûr pas la seule et ce n'est pas forcément celle qui sera retenue finalement). 

Plan

1 - Déterminer la période d'un mouvement de rotation à l'aide d'un capteur de lumière et du logiciel Logger Pro

2 - Comprendre le fonctionnement du capteur de lumière construit autour d'un composant : le phototransistor (pour les plus rapides)

3 - Utiliser la fonction rythme du logiciel Logger Pro afin d'obtenir un affichage direct de la vitesse de rotation

4 - Aurait-on pu utiliser une photorésistance?

Rédacteur JMR

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1 - Déterminer la période d'un mouvement de rotation à l'aide d'un capteur de lumière et du logiciel Logger Pro

Connecte le capteur de lumière sur l'interface LabPro alimentée et connectée à l'ordinateur.

Réalise une acquisition en fonction du temps au cours de laquelle tu feras varier la lumière reçue par le capteur afin de te familiariser avec son utilisation.  

Tu remarqueras que la grandeur mesurée "illumination" est notée sans unité.
Cela vient du fait que ce type de capteur n'est pas étalonné mais donne seulement une valeur relative de la luminosité. Cela n'est pas gênant pour mesurer une vitesse de rotation car nous allons seulement nous servir des variations de luminosité.

Adapte un disque en plastique sur l'axe d'un petit moteur électrique. Sur ce disque, trace 3 traits noirs épais simulant les 3 pales de l'éolienne. Alimente ce moteur avec une tension comprise entre 0 et 6 Volts. 

Approche le capteur à quelques millimètres du disque plastique puis réalise une acquisition. Adapte les conditions de luminosité et les paramétrages d'acquisition jusqu'à obtenir un graphe permettant une mesure de période.

exemple :

  Dans l'exemple ci-dessus, on détermine la période du signal en mesurant 8 intervalles afin d'être 8 fois plus précis. En tenant compte du nombre de pales, on trouve une vitesse de rotation de 615 tours par minutes.

Détermine la vitesse de rotation de ton moteur pour une alimentation de 2V, puis de 4 V.

Rédige un compte rendu de cette partie qui expliquera l'utilité du materiel utilisé, la manière d'aboutir à la vitesse de rotation dans l'exemple ci-dessus puis qui répondra à la question : "la vitesse de rotation d'un moteur électrique est-elle proportionnelle à sa tension d'alimentation? "

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2 - Comprendre le fonctionnement du capteur de lumière construit autour d'un composant : le phototransistor
(pour les plus rapides)

Le capteur de lumière que tu as utilisé dans la première partie est basé sur un composant : le phototransistor . Dd'apparence il ressemble à une diode incolore. 

Réalise le montage suivant en respectant les polarités

Observe la tension mesurée par le voltmètre suivant la lumière reçue par le phototransistor.

Explique le fonctionnement de ce montage en complétant le texte suivant :

Un transistor classique fonctionne principalement sous 2 états : Lorsqu'il ne reçoit pas de courant à sa ......  ; il est ........ alors que s'il reçoit un courant à sa ........., il est ....... .

Pour un phototransistor, il en est de même sauf que le courant à sa base est généré à l'intérieur même du composant grâce à la lumière reçue.

Dans le montage étudié, lorsque le phototransistor est très éclairé, il est alors .... et se comporte comme une interrupteur ..... Le voltmètre mesure alors une tension de ....V

Si le phototransistor n'est pas du tout éclairé, il se comporte comme un interrupteur .... et le voltmètre mesure alors une tension de ... V

Si le phototransistor est éclairée de manière intermédiaire, plus il est éclairé, plus il laissera passer un courant d'intensité I importante , plus la tension U aux bornes de la résistance R sera grande comme nous le dit la loi ........   U = .......

Le phototransistor est notamment utilisé dans les souris à boule. 

Lien vers un site expliquant le fonctionnement d'une telle souris.

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3 - Utiliser la fonction rythme du logiciel Logger Pro afin d'obtenir un affichage direct de la vitesse de rotation

L'objectif est d'obtenir un affichage en direct de la vitesse de rotation d'un moteur.

Reprends le montage de la partie 1 mais cette fois ci, paramètre les mesures de la manière suivante:

Effectue une acquisition pour te rendre compte du fonctionnement.

Crée une grandeur calculée que tu nommeras fréquence et que tu définiras de la manière suivante

La fonction rythme compte le nombre de périodes du signal "illumination" en fonction du "temps" pendant une durée de comptage d'1s dans l'exemple ce qui permet d'obtenir la fréquence.

Une période est détectée par le passage au dessus du seuil haut  suivi d'un passage au dessous du seuil bas suivi par le passage au dessus du seuil haut. Les seuils sont exprimés en pourcentage de la valeur maximale de l'illumination : le seuil haut de 16 correspond à 16% de l'illumination maximale qui est de 1 d'où la valeur de 0,16.

Affiche la grandeur fréquence en insérant un cadran numérique et en modifiant les options de ce cadran.

Ajuste les seuils haut et bas jusqu'à obtenir une valeur correcte de la fréquence.

Crée enfin la grandeur "vitesse de rotation" en tour par minute à partir de la colonne fréquence puis affiche cette grandeur.

N'oublie pas d'enregistre le fichier ainsi obtenu, il pourra resservir pour le défi.

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4 - Aurait-on pu utiliser une photorésistance ?

Réponds à cette question par l'expérience après avoir revu la séance sur ce composant.