Chapitre - 03 - Capteur Photometrique [PDF]

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Chapitre 3. Les capteurs photométriques 3.1. Introduction La photométrie est la science qui étudie le rayonnement lumineux tel qu'il est ressenti par la vision humaine. Les capteurs photométriques servant à mesurer les grandeurs lumineuses en fonction de la courbe de sensibilité de l'œil. Il diffère ainsi du radiomètre qui mesure les rayonnements électromagnétiques sans rapport avec la perception humaine. Le photomètre a plusieurs applications en astronomie. Dans le cas des étoiles par exemple, il peut servir à déterminer leur température, leur distance et même leur âge. On peut également l’utiliser pour tenter de savoir s’il y a des planètes en orbite autour de certaines étoiles. En météorologie, on l'utilise pour mesurer le rayonnement du soleil ou du ciel. Il dispose soit d'une cellule photoélectrique (dispositif composé d'un capteur photosensible, dont les propriétés électriques (tension, résistance...) varient en fonction de l'intensité du rayonnement lumineux capté), soit de capteurs CCD charge-couped device (un composant électronique photosensible servant à convertir un rayonnement électromagnétique (UV, infrarouge, etc.) en un signal électrique analogique). Dans les deux cas, les capteurs convertissent en courant électrique mesurable la lumière reçue Les capteurs photométriques sont divisés en plusieurs classes d’applications: Photorésistance Photodiode Phototransistor…. 3.2. Photorésistance 3.2.1. Définition d'une photorésistance Une photorésistance (appelée: résistance photo-dépendante ou cellule photoconductrice) est un composant électronique dont la résistivité varie en fonction de la quantité de lumière incidente. On peut également la nommer résistance photo-dépendante (Light Dependen Resistor

(a)

(b)

Fig 3.1 : (a) Symbole d'une photorésistance, (b) photorésistance La photorésistance n'a pas de sens de branchement. Sa valeur en ohms dépend de l'éclairement qu'elle reçoit.

La partie sensible du capteur est une piste de sulfure de cadmium en forme de serpent : l’énergie lumineuse déclenche une augmentation d’électrons libres dans ce matériau, de sorte que sa résistance électrique diminue a priori. 3.2.2. Principe et description Certains semi-conducteurs comme CdS, SeCd, PbD, SbIn, SbAs ... ont une résistance qui varie avec l'éclairement. Les photons incidents augmentent le nombre des porteurs libres et diminuent la résistance. L'efficacité est fonction de la longueur d'onde de la lumière. Pour CdS, la courbe de sensibilité est voisine de celle de l'oeil humain Fig 3.1.b 3.2.3. Propriétés Avantages : Capteur sensible, de faible coût, facile à mettre en œuvre. Inconvénients : Non linéaire. La vitesse de variation de R avec l'éclairement est faible et non symétrique. (Temps de montée de l'ordre de 35 ms et temps de descente de l'ordre de 10 ms). 3.2.4. Applications Déclenchement automatique d'éclairage, détecteur de présence, relais optique ... Une des principales utilisations de la photorésistance est la mesure de l'intensité lumineuse. 3.3. Photodiode 3.3.1. Principe Une photodiode est un composant semi-conducteur ayant la capacité de détecter un rayonnement du domaine optique et de le transformer en signal électrique, donc un photodétecteur capable de convertir la lumière en courant ou en tension

(b) (a) Fig 3.2: (a) symbole de la photodiode, (b) photodiode Les photodiodes sont caractérisées par :  une excellente linéarité  une bande passante étendue. 3.3.2. Applications Les applications des photodiodes sont nombreuses, ont les trouvent principalement dans les télécommunications, les systèmes de sécurité, l’automatisme, le contrôle,…

Chapitre 03 Capteurs Photometriques

3.4. Phototransistor 3.4.1. Principe Un phototransistor est un transistor bipolaire dont la base est sensible au rayonnement lumineux ; la base est alors dite flottante puisqu’elle est dépourvue de connexion Fig 3.3. Lorsque la base n’est pas éclairée, le transistor est parcouru par le courant de fuite ICE0. L’éclairement de la base conduit à un photocourant Iph que l’on peut nommé courant de commande du transistor. Celui-ci apparaît dans la jonction collecteur-base sous la forme IC=β Iph +ICE0 Le courant d'éclairement du phototransistor est le photocourant de la photodiode collecteurbase multiplié par l’amplification β du transistor. Sa réaction photosensible est donc nettement plus élevée que celle d’une photodiode (de 100 à 400 fois plus). Par contre le courant d’obscurité est plus important.

(b) (a) Fig 3.3 (a) symbole du phototransistor, (b) Phototransistors 3.4.2. Application En générale les phototransistors sont associés avec les photodiodes dans les circuits de commandes (émetteur, récepteur), robotique, acquisition de données,…