{"id":720,"date":"2020-03-24T17:32:30","date_gmt":"2020-03-24T16:32:30","guid":{"rendered":"http:\/\/www.ardpylab.fr\/?page_id=720"},"modified":"2020-05-09T20:29:11","modified_gmt":"2020-05-09T18:29:11","slug":"ondes-ultrasonores","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/www.ardpylab.fr\/?page_id=720","title":{"rendered":"Ondes ultrasonores"},"content":{"rendered":"\n

\u201d Vitesse & Distances<\/span> \u201d<\/em><\/h2>\n\n\n\n
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(Cliquez pour afficher la version PDF)<\/em><\/span><\/h6>\n\n\n\n
Ondes ultrasonores<\/a>T\u00e9l\u00e9charger<\/a><\/div>\n\n\n\n

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Nous avons vu qu’il \u00e9tait possible, avec un Arduino, de produire des ondes sonores, caract\u00e9ris\u00e9es par leur fr\u00e9quence. Nous allons maintenant, nous int\u00e9resser \u00e0 la vitesse de propagation des ondes ultrasonores \u00e0 l\u2019aide du circuit suivant :

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\"\"<\/figure>\n<\/div>\n\n\n\n


. Liste des composants<\/u> :<\/strong><\/span><\/h4>\n\n\n\n

. 1 capteur ultrasonique (HC-SR04)<\/a>
. 1 DEL<\/a> Rouge
. 1 r\u00e9sistance de 220 \u03a9<\/a> (r\u00e9sistance de protection de la DEL)
. 1 r\u00e9sistance de 10 k\u03a9<\/a> (r\u00e9sistance du bouton poussoir)
. 1 bouton poussoir<\/a>
. 1 haut-parleur<\/a> (ou piezo)
. 1 plaque d\u2019essai<\/a>
. Fils de connexion<\/a><\/p>\n\n\n\n

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<\/a>. Rappels sur le son<\/u><\/strong><\/span><\/h4>\n\n\n\n

Le son est une onde m\u00e9canique qui se propage dans un milieu mat\u00e9riel fluide (air, eau) ou solide et les ondes sonores sont caract\u00e9ris\u00e9es par leur fr\u00e9quence.<\/p>\n

Les sons audibles par l’Homme ont des fr\u00e9quences comprises entre 20 et 20000 Hz, les infrasons ont une fr\u00e9quence inf\u00e9rieure \u00e0 20 Hz, et les ultrasons sont situ\u00e9s au-del\u00e0 de 20 kHz.<\/p>\n

La vitesse de propagation, ou c\u00e9l\u00e9rit\u00e9, du son est ind\u00e9pendante de sa fr\u00e9quence mais d\u00e9pend du milieu de propagation : plus le milieu mat\u00e9riel est dense plus la vitesse est grande.<\/p>\n

Par exemple : c (air) = 340 m.s-1<\/sup> ; c (eau de mer) = 1 500 m.s-1<\/sup> ;
c (acier) = 5000 m.s-1<\/sup><\/p>\n

La c\u00e9l\u00e9rit\u00e9 du son d\u00e9pend de la temp\u00e9rature, c’est-\u00e0-dire de l’agitation des particules qui constituent le milieu de propagation: plus la temp\u00e9rature est \u00e9lev\u00e9e plus le son se propage vite.<\/p>\n

Par exemple : c (air \u00e0 0\u00b0C) = 331 m.s-1<\/sup> ; c (air \u00e0 15\u00b0C) = 340 m.s-1<\/sup><\/p>\n

La relation entre la vitesse du son dans l’air en m.s-1<\/sup> et la temp\u00e9rature en kelvins est :<\/p>\n\n\n\n

\"\"
(T en kelvins = T en \u00b0C + 273,15)<\/span><\/figure>\n\n\n\n


La c\u00e9l\u00e9rit\u00e9 dans l\u2019air, en m.s-1<\/sup>, peut \u00eatre d\u00e9termin\u00e9e exp\u00e9rimentalement en mesurant la dur\u00e9e de propagation Dt, en s, de l’onde sonore, entre un \u00e9metteur et un r\u00e9cepteur situ\u00e9s \u00e0 une distance d, en m, gr\u00e2ce \u00e0 la relation :<\/p>\n\n\n\n

\"\"<\/figure><\/div>\n\n\n\n

On peut \u00e9galement utiliser un ensemble \u00e9metteur – r\u00e9cepteur d\u2019onde ultrasonores plac\u00e9 devant un obstacle. C\u2019est le principe de la mesure par \u00e9cho ou du Sonar :<\/p>\n\n\n\n

\"\"<\/figure><\/div>\n\n\n\n

Dans ce cas, la distance parcourue par l\u2019onde sonore, pendant la dur\u00e9e Dt<\/strong>, est 2 d<\/strong>, et alors :<\/p>\n\n\n\n

\"\"<\/figure>\n\n\n\n


<\/a>. Principe de fonctionnement des \u00e9metteurs et r\u00e9cepteurs \u00e0 ultrasons<\/u> <\/strong><\/span><\/h4>\n\n\n\n

Les \u00e9metteurs et r\u00e9cepteurs \u00e0 ultrasons sont aussi appel\u00e9s transducteurs pi\u00e9zo\u00e9lectriques, car ils convertissent une \u00e9nergie \u00e9lectrique en \u00e9nergie m\u00e9canique et r\u00e9ciproquement. Le principe de fonctionnement est donc identique \u00e0 celui des buzzer.<\/p>\n

Ext\u00e9rieurement les transducteurs d\u2019\u00e9mission (g\u00e9n\u00e9ralement, rep\u00e9r\u00e9s par un \u00ab T \u00bb grav\u00e9) sont tr\u00e8s semblables \u00e0 ceux de r\u00e9ception (g\u00e9n\u00e9ralement, rep\u00e9r\u00e9s par un \u00ab R \u00bb grav\u00e9) :<\/p>\n\n\n\n

\"\"<\/figure><\/div>\n\n\n\n

Un sch\u00e9ma de principe de ces transducteurs est donn\u00e9 ci-dessous :<\/p>\n\n\n\n

\"\"<\/figure><\/div>\n\n\n\n


. Fonctionnement d\u2019un \u00e9metteur US<\/span> :<\/p>\n

Le transducteur est aliment\u00e9 par une tension alternative \u00e0 une fr\u00e9quence nominale de fonctionnement (souvent 40 KHz). Cette tension, est appliqu\u00e9e sur les lamelles m\u00e9talliques ce qui g\u00e9n\u00e8re une d\u00e9formation m\u00e9canique des c\u00e9ramiques qui est transform\u00e9e en pression acoustique appliqu\u00e9e \u00e0 l\u2019air ambiant, via le cornet acoustique.

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. Fonctionnement d\u2019un r\u00e9cepteur US<\/span> :<\/p>\n

La pression acoustique (due \u00e0 l\u2019onde ultrasonore) re\u00e7ue \u00e0 travers l\u2019air ambiant, via le cornet acoustique du r\u00e9cepteur US, est transform\u00e9e en contrainte m\u00e9canique dans les c\u00e9ramiques qui g\u00e9n\u00e8rent des charges \u00e9lectriques sur les lamelles m\u00e9talliques et donc une tension alternative \u00e0 ses bornes.<\/p>\n

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Avec un Arduino, l\u2019ensemble \u00e9metteur – r\u00e9cepteur d\u2019onde ultrasonores ou le capteur ultrasonique le plus couramment utilis\u00e9 est le HC-SR04.<\/p>\n\n\n\n

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<\/a>. Capteur ultrasonique HC-SR04<\/u><\/strong><\/span><\/h4>\n\n\n\n
\"\"<\/figure><\/div>\n\n\n\n

Caract\u00e9ristiques<\/u><\/em><\/strong><\/p>\n

Le capteur est compos\u00e9 d\u2019un \u00e9metteur d\u2019ultrasons, d\u2019un r\u00e9cepteur et du circuit de commande. Il est g\u00e9n\u00e9ralement utilis\u00e9 pour mesurer des distances entre le capteur et un obstacle.<\/p>\n