Transducteur

Un transducteur est un dispositif qui convertit l'énergie d'une forme à une autre. En général, un transducteur convertit un signal d'une forme d'énergie en un signal d'une autre forme. Les transducteurs sont souvent utilisés aux limites des systèmes d' automatisation , de mesure et de contrôle , où les signaux électriques sont convertis vers et depuis d'autres quantités physiques (énergie, force, couple, lumière, mouvement, position, etc.). Le processus de conversion d'une forme d'énergie en une autre est appelé transduction.

• Les transducteurs mécaniques convertissent les quantités physiques en sorties mécaniques ou vice versa ;
• Les transducteurs électriques convertissent les quantités physiques en sorties ou signaux électriques. En voici quelques exemples :
  • un thermocouple qui transforme les différences de température en une petite tension ;
  • un transformateur différentiel variable linéaire (LVDT), utilisé pour mesurer les changements de déplacement (position) au moyen de signaux électriques.

Les transducteurs peuvent être classés en fonction de la direction dans laquelle les informations les traversent :

• Un capteur est un transducteur qui reçoit et répond à un signal ou à un stimulus provenant d'un système physique. Il produit un signal , qui représente des informations sur le système, qui sont utilisées par un certain type de système de télémétrie, d'information ou de contrôle .
• Un actionneur est un dispositif chargé de déplacer ou de contrôler un mécanisme ou un système. Il est contrôlé par un signal provenant d'un système de contrôle ou d'une commande manuelle. Il est actionné par une source d'énergie, qui peut être une force mécanique, un courant électrique, une pression de fluide hydraulique ou une pression pneumatique, et convertit cette énergie en mouvement. Un actionneur est le mécanisme par lequel un système de contrôle agit sur un environnement. Le système de contrôle peut être simple (un système mécanique ou électrique fixe), basé sur un logiciel (par exemple un pilote d'imprimante, un système de contrôle de robot ), une intervention humaine ou toute autre entrée.
• Les transducteurs bidirectionnels peuvent convertir des phénomènes physiques en signaux électriques et des signaux électriques en phénomènes physiques. Un exemple de transducteur intrinsèquement bidirectionnel est une antenne , qui peut convertir des ondes radio ( ondes électromagnétiques ) en un signal électrique à traiter par un récepteur radio , ou traduire un signal électrique d'un émetteur en ondes radio. Un autre exemple est une bobine acoustique , qui est utilisée dans les haut-parleurs pour traduire un signal audio électrique en son , et dans les microphones dynamiques pour traduire des ondes sonores en un signal audio.
• Les émetteurs-récepteurs intègrent une fonctionnalité bidirectionnelle simultanée. L'exemple le plus répandu est probablement celui des émetteurs-récepteurs radio (appelés transpondeurs dans les avions), utilisés dans pratiquement toutes les formes de (télé)communications sans fil et de connexions de périphériques réseau. Un autre exemple est celui des émetteurs-récepteurs à ultrasons , utilisés par exemple dans les échographies médicales.

Les transducteurs passifs nécessitent une source d'alimentation externe pour fonctionner, appelée signal d'excitation. Le signal est modulé par le capteur pour produire un signal de sortie. Par exemple, une thermistance ne génère aucun signal électrique, mais en faisant passer un courant électrique à travers elle, sa résistance peut être mesurée en détectant les variations de courant ou de tension à travers la thermistance.

Les transducteurs actifs, en revanche, génèrent un courant électrique en réponse à un stimulus externe qui sert de signal de sortie sans nécessiter de source d'énergie supplémentaire. De tels exemples sont une photodiode , un capteur piézoélectrique , un capteur photovoltaïque, un thermocouple .

Certaines spécifications utilisées pour évaluer les transducteurs :

• Plage dynamique : Il s'agit du rapport entre le signal d'amplitude le plus élevé et le signal d'amplitude le plus faible que le transducteur peut traduire efficacement. Les transducteurs avec une plage dynamique plus large sont plus « sensibles » et précis.
• Répétabilité : C'est la capacité du transducteur à produire une sortie identique lorsqu'il est stimulé par la même entrée.
• Bruit : Tous les transducteurs ajoutent un bruit aléatoire à leur sortie. Dans les transducteurs électriques, il peut s'agir de bruit électrique dû au mouvement thermique des charges dans les circuits. Le bruit corrompt davantage les petits signaux que les grands.
• Hystérésis : Il s'agit d'une propriété dans laquelle la sortie du transducteur dépend non seulement de son entrée actuelle mais également de son entrée passée. Par exemple, un actionneur qui utilise un train d'engrenages peut avoir un certain jeu , ce qui signifie que si le sens de mouvement de l'actionneur s'inverse, il y aura une zone morte avant que la sortie de l'actionneur ne s'inverse, causée par le jeu entre les dents de l'engrenage.

• Antennes – convertissent les ondes électromagnétiques se propageant en signaux électriques conduits et inversement
• Cartouches magnétiques – convertissent le mouvement physique relatif en signaux électriques
• Tête de bande , têtes de lecture et d'écriture de disque – convertit les champs magnétiques sur un support magnétique en signaux électriques et vice versa
• Capteurs à effet Hall – convertissent un niveau de champ magnétique en un signal électrique
• Capteurs à réluctance variable – le mouvement d’objets métalliques ferreux à proximité induit un signal électrique à courant alternatif
• Micros – détectent le mouvement des cordes métalliques et induisent un signal électrique (tension alternative)

• Sondes de pH
• Capteurs d'oxygène électro-galvaniques
• Capteurs d'hydrogène
• Capteur potentiométrique

Les entrées électromécaniques alimentent les compteurs et les capteurs, tandis que les dispositifs de sortie électromécaniques sont appelés génériquement actionneurs ) :

• Accéléromètres
• Capteurs de débit d'air
• Polymères électroactifs
• Moteurs rotatifs , moteurs linéaires
• Galvanomètres
• Transformateurs différentiels variables linéaires ou transformateurs différentiels variables rotatifs
• Cellules de charge – convertit la force en signal électrique mV/V à l'aide de jauges de contrainte
• Systèmes microélectromécaniques
• Potentiomètres (lorsqu'ils sont utilisés pour mesurer la position)
• Capteurs de pression
• Potentiomètres à cordes
• Capteurs tactiles
• Générateurs alimentés par vibrations
• Gyroscopes à structure vibrante

• Haut-parleurs , écouteurs – convertissent les signaux électriques en son ( signal amplifié → champ magnétique → mouvement → pression d’air)
• Microphones – convertissent le son en signal électrique (pression de l’air → mouvement du conducteur/de la bobine → champ magnétique → signal électrique)
• Transducteurs tactiles – convertissent le signal électrique en vibration (signal électrique → vibration)
• Thermophones – convertissent les signaux électriques en fluctuations de température, qui deviennent du son (signal électrique → chauffage périodique d'un conducteur mince → ondes de température → ondes sonores)
• Cristaux piézoélectriques – convertissent les déformations des cristaux à l’état solide (vibrations) en signaux électriques et vice versa
• Géophones – convertissent un mouvement du sol (déplacement) en tension (vibrations → mouvement du conducteur/de la bobine → champ magnétique → signal)
• Micros de gramophone – (pression d’air → mouvement → champ magnétique → signal électrique)
• Hydrophones – convertissent les changements de pression de l’eau en un signal électrique
• Transpondeurs sonar (pression de l'eau → mouvement du conducteur/de la bobine → champ magnétique → signal électrique)
• Émetteurs-récepteurs à ultrasons , transmettant des ultrasons (transduits à partir de l'électricité) ainsi que les recevant après réflexion du son sur des objets cibles, permettant ainsi l'imagerie de ces objets

Également connu sous le nom photoélectrique :

• Lampes fluorescentes – convertissent l’énergie électrique en lumière incohérente
• Lampes à incandescence – convertissent l’énergie électrique en lumière incohérente
• Les diodes électroluminescentes convertissent l’énergie électrique en lumière incohérente
• Diodes laser – convertissent l’énergie électrique en lumière cohérente
• Photodiodes , photorésistances , phototransistors , photomultiplicateurs : ils convertissent les variations de niveaux de lumière en signaux électriques
• Photodétecteur ou photorésistance ou résistance dépendante de la lumière (LDR) – convertit les changements de niveaux de lumière en changements de résistance électrique
• Tube cathodique (CRT) – convertit les signaux électriques en signaux visuels

• Électromètres

• Détecteurs de température à résistance (RTD) – convertissent la température en un signal de résistance électrique
• Thermocouples – convertissent les températures relatives des jonctions métalliques en tension électrique
• Thermistances (comprend une résistance PTC et une résistance NTC)

• Tubes Geiger-Müller – convertissent le rayonnement ionisant incident en un signal d'impulsion électrique
• Récepteurs radio – convertissent les transmissions électromagnétiques en signaux électriques.
• Émetteurs radio – convertissent les signaux électriques en transmissions électromagnétiques.