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LA CAGE MUSICALE

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Détection sur alliage haute résistivité

 

Détection sur alliage haute résistivité

NOTE : Cet article (inachevé) n'est publié qu'a titre informatif. Faute de trouver un fil résistif adapté, nous n'avons pu tester le système. Le fil acheté chez Conrad est visiblement entouré d'une fine couche isolante (permettant probablement de réaliser des résistance bobinées) empéchant tout contact électrique.

Généralités

Cette solution consiste à utiliser deux barreaux pour une détection.
L’idée initiale, évoquée en réunion, consistait à construire la cage avec de tel matériaux. Cela pose de nombreux problèmes : esthétique, structure, etc. Par ailleurs, le diamètre nécessaire pour faire les barreaux étant relativement importants (>1mm), il aurait été difficile d’avoir un résistivité suffisamment haute.

L’alternative proposée ici utilise un enroulement de fil resistif sur les barreaux d’une cage standard. Cette méthode comporte plusieurs avantages :

- les fils résistifs sont enroulés autour des barreaux existants,
- il n’est plus nécessaire d’isoler galvaniquement chaque barreau : il suffit de vernir la cage pour que les fils soient isolés de la cage. La cage n’est qu’une structure et ne participe pas éléctriquement au système et peut donc être choisie librement
- le système peut determiner la position du doigt sur un barreau

Il faut noter que si l’on utilise un outil conducteur pour toucher le barreau (au lieu de faire contact entre deux barreaux avec un doigt), il est possible de rendre actif chaque barreau.

Principe

La cage est complètement vernie afin de l’isoler du système de détection.
La détection se fait sur deux barreaux : un barreau est alimenté électriquement, un autre (le barreau de détection) est relié à la masse par une resistance de rappel (pull-down).

Lorsque l’on établit un contact avec le doigt entre le barreau alimenté et le barreau de détection, le potentiel électrique de ce dernier changera en fonction de la hauteur du doigt sur le barreau. Ce potentiel électrique sera mesuré et la hauteur de toucher pourra être calculée.

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Principe de détection

Calculs associés

Tension de fonctionnement du système

Afin de réduire la consommation énergétique du système au maximum et l’échauffement du fil résistif, le système devrait fonctionner sous 3.3v.

Fil résistif

Le fil résistif entoure un barreau sur toute sa hauteur en effectuant des spires. La hauteur du barreau, son diamètre, ainsi que le nombre de spires conditionnent la longueur, et donc la résistance, du fil résistif [1].

Soit n le nombre de spires, h la hauteur du barreau, d le diamètre du barreau, la longueur l du fil résistif sera :

l = n x sqrt( (h²/n²) + (π²d²) )

A titre d’exemple, pour un barreau de 40 cm de hauteur et de 2 mm de diamètre, 100 spires de fil donneront un longueur totale de 745 mm. On pourra ensuite facilement calculer la résistance du barreau entier, afin de déterminer :
- la puissance consommée par le système (et donc de dimensioner l’alimentation),
- la position du doigt (la résistance globale du barreau intervient dans le calcul)

Position du doigt

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Modèle électrique équivalent

Le modèle électrique équivalent du système est représenté ci-dessus.
Les résistances décrites correspondent aux éléments suivants :

- Ra : valeur résistive du barreau au dessus du doigt
- Rb : valeur résistive du barreau au dessous du doigt
- Rd : résistance du doigt
- Rr : résistance de rappel à la masse (pull-down)
- Vcc : tension d’alimentation du système
- Vd : tension mesurée sur le barreau de détection

Ra+Rb étant connu (c’est la valeur l calculée plus haut, multipliée par la résistivité du fil en Ω/m), il suffit de connaitre Ra ou Rb pour déterminer la hauteur du toucher.

La valeur de Rb est calculable assez simplement [2] avec l’équation suivante :

Rb = Vd(Rd+Rr)(Ra+Rb)/(RrVcc)

A titre d’exemple, avec un fil résistif de longueur calculée plus haut, ayant une résistivité de 100Ω/m, une résistance de rappel de 100kΩ, et valeur Rd estimée à 500kΩ :

Rb = Vd (500.10³ + 100.10³)(100 x 0.745)/(3.3 x 100.10³)

Matériel

Barreau alimenté

Barreau de détection

Circuit de détection

Références

File résistif
Multipléxeur ADC I2C

[1on néglige ici le diamètre du fil, qui en raison de la haute résistivité requise devra être très fin

[2il est tout de même souhaitable que quelqu’un vérifie ces calculs...

lundi 2 mars 2009 par Michel Blanc