CHOUR - Capteurs PC-RM2 pour chronocomparateur

Informations connexes

Principe des montre mécaniques
Chronocomparateur PC-RM4
Chronocomparateur PC-RM1
Chronocomparateur PC-RM3

Introduction

PC-RM2 est le préfixe d'une série de capteurs pour chronocomparateurs tels que ceux décrits sur ce site (PC-RM1, PC-RM3, PC-RM4...).

Le codage des noms suit la règle suivante : PC-RM2-{PZ, MIC, EM, OPT}-[A]-[N°] avec PZ pour Piezo, MIC pour microphone, EM pour électromagnétique, OPT pour optique, A pour Amplifié. N° est le n° du capteur dans la série. Ainsi, PC-RM2-PZ-A-1 signifie qu'il s'agit d'un capteur utilisant un élément piezo et disposant d'un amplificateur. C'est par ailleurs le premier de la série.

PC-RM2-PZ-A-1 et PC-RM2-PZ-1		Capteur piezo amplifié et non amplifié.
PC-RM2-PZ-2		Capteur piezo.
PC-RM2-MIC-A-1		Capteur à microphone.

PC-RM2-PZ-1 et PC-RM2-PZ-A-1

Principales caractéristiques

• Capteur piezo dans un boitier en aluminium. La transmission des chocs se fait via une liaison mécanique.
• Amplificateur intégré délivrant un signal haut niveau basse impédance pour PC-RM2-PZ-A-1
• Boitier métal limitant les interférences avec l'environnement

PC-RM2-PZ-1 est utilisable avec les chronocomparateurs PC-RM1, PC-RM3 et PC-RM4.

PC-RM2-PZ-A-1 est utilisable avec le chronocomparateur PC-RM4 car j'ai prévu une entrée pour un capteur amplifié. Rien n'empêche de faire de même pour les autres chronocomparateurs.

Principe du capteur de PC-RM2

Le capteur se présente sous la forme d'un boitier en aluminium massif sur lequel se trouve des rails sur lesquels coulisse un chariot avec son presseur de montre.

Ce presseur est en vis-a-vis d'un autre presseur fixe qui traverse le boitier. C'est ce presseur qui récupère la vibration du Tic-Tac de la montre et la transmet à un élément piezo-électrique.

Dans PC-RM2-PZ-A-1, cet élément est connecté à un amplificateur (proche de celui qui se trouve dans les différents chronocomparateurs présentés sur ce sitede. Le signal est ensuite transmis à un équipement de mesure.

Dans PC-RM2-PZ-1, le signal de l'élément piezo est directement transmis à un chronocomparateur sans amplification.

Je vois deux avantage par rapport au capteur PC-RM1 :

• La montre à mesurer n'a pas à s'appuyer directement sur l'élément piezo ce qui limite le risque de casse de cet élément.
• L'élément piezo est positionné de manière optimale quelque soit l'épaisseur de la montre.

PC-RM2-PZ-A-1 est relié à l'équipement de mesure par 3 fils :

• Une masse
• Une alimentation de 5V pour PC-RM2-A.
• Une ligne pour le signal capté.

Pour PC-RM2-PZ-1, l'alimentation est supprimée.

Vue de l'intérieur du boitier de PC-RM2-PZ-A-1.
Dans PC-RM2-PZ-1, l'amplificateur est supprimé. Le boitier est quasiment vide...

Conseils de réalisation

Boitier et chariot

Je passe rapidement sur le boitier et le chariot mobile. J'ai utilisé des tubes de 6mm en aluminium pour les rails. Le chariot est simplement une plaque d'aluminium épaisse. On peut voir des tubes en plastique entre le chariot et les rails : ils sont là pour rallonger la surface de contact et éviter que le chariot se grippe sur les rails. Accessoirement, le frottement est suffisant pour que les montres soient bien tenues sans qu'il y ait besoin de bloquer le chariot par un élément quelconque : Au début de la conception, j'avais envisagé de mettre des ressorts pour que le presseur mobile soit poussé vers le presseur fixe mais finalement, c'est inutile.

Vue du chariot et des presseurs

Presseur fixe

Le presseur fixe traverse le boitier. La partie supérieure permet, avec le presseur mobile, de maintenir la montre, la partie inférieure porte l'élément piezo.

Le rôle de ce presseur est de transmettre l'infime vibration créee par la montrée à l'élément piezo.

Je ne sais pas si c'est vraiment utile mais pour cette fonction, j'ai préféré choisir de l'acier dur (dont on fait les cornières par exemple).

Ce presseur doit être fixé au boitier. Sur les matériels professionnels, il y a toujours un isolant entre le presseur et le boitier. Je suppose qu'il sert à isoler le presseur des vibrations parasites de l'environnement.

Ne sachant pas très bien si ce phénomène était vraiment gênant, j'ai fait comme dans les matériels professionnels. Le presseur est fixé par trois boulons formant un triangle dont une pointe est en bas (la base du triangle est en haut).

Les têtes des boulons sont sur le boitier. Les vis passent à travers le presseur fixe via des passe-fils en caoutchouc, le tout étant maintenu avec des écrous et des entretoises.

A noter que j'ai mis du 4mm parce que je n'avais que ça sous la main dans la longueur souhaitée. Du 3mm est largement suffisant et plus logeable.

Sur la partie inférieure du presseur est vissé une entretoise en acier de longueur "suffisante". L'élément piezo est collé sur cette entretoise. Pour avoir de bons résultats de mesure, il est important que l'extrémité de l'entretoise arrive vers le centre du capteur.

Vue du chariot et des presseurs

Circuit amplificateur pour PC-RM2-PZ-A-1

J'ai utilisé une plaquette à trous de 6x4cm qui s'avère largement suffisante en surface. Il y a même une réservation pour une extension (par exemple, mettre une LED pour signaler que capteur est sous tension et une autre LED pilotée par un transistor pour indiquer la détection d'un signal).

Le point auquel il faut prêter attention est que tous les fils volants doivent, soit être maintenus (avec de la colle ou autre), soit être positionnés de telle sorte qu'ils ne viennent pas frotter contre quelque chose. Dans le cas contraire, ils risquent de générer des chocs qui viendront perturber les mesures : le capteur est vraiment très sensible ! Ce point est particulièrement vrai pour les fils qui relient l'élément piezo au circuit.

A propos de sensibilité, voici ce que donne la sortie du capteur avec le mouvement (LORSA 237B) qui me sert pour les tests :

Trace en sortie de l'amplificateur de PC-RM2-PZ-A-1 (date de 2018. A l'époque, je n'avais pas mis de condensateur en sortie du préampli).

Le schéma de l'amplificateur est inspiré de celui qui se trouve sur le site www.watchoscope.com/. Les principales différences sont les suivantes :

• Contrôle de volume amélioré pour éviter la saturation du dernier ampli-op.
• Diodes en entrée pour éviter les risques de surtension en entrée de l'ampli-op.
• Utilisation d'un LM324 au lieu d'un TL074 ce qui permet d'alimenter le montage en 5V.
• Suppression de la 33k en entrée qui à mon avis ne sert à rien.

PC-RM2-PZ-2

Lorsque j'ai réalisé PC-RM1, j'ai du me bricoler rapidement un capteur pour les essais. On trouve un photo de ce capteur sur la page dédiée à PC-RM1.

Ce n'était pas joli-joli et j'ai donc décidé de le transformer pour qu'il soit plus présentable. Entre-temps, il a pris du poids...

Principales caractéristiques

• Structure en bois. J'ai pris ce que j'avais dans mon stock. On peut faire beaucoup moins gros...
• Utilisation d'un étau à montre modifié, en matière plastique (coût aux alentours de 2€ en 2018).
• Capteur piezo sur lequel le mouvement vient directement s'appuyer.

Principes de réalisation.

L'étau standard est muni d'une vis pour éloigner ou rapprocher les machoires. Un ressort entre les deux machoires permet à la machoire mobile coulissante de s'écarter de la machoire fixe.

Dans le cas présent, la machoire mobile devient la machoire fixe. La vis est supprimée. Le trou par lequel passait la vis dans l'ancienne machoire fixe (qui est devenue la machoire mobile) est agrandi de façon à lui permettrere de coulisser sur un tube creux de 8mm de diamètre.

Ce tube s'appuie, d'un côté sur la machoire fixe et de l'autre côté, sur un élément en bois. Entre l'élément en bois et la machoire mobile, sur le tube, un ressort est mis en place. Ainsi, la machoire mobile plaque la montre dont on mesure le mouvement sur la machoire fixe et le capteur piezo.

Le disque piezo est logé dans un trou (20mm). Derrière le disque se trouve une mousse qui permet d'absorber la pression de la montre lorsqu'elle vient s'appuyer sur l'élément piezo.

Avantages (+) et inconvénients (-)

• (+) Très faible coût. Si vous êtes un peu bricoleur, le seul élément spécifique est l'étau (environ 2€).
• (+) Très grande facilité de réalisation.
• (+) Structure en bois et plastique sans risque pour les montres.
• (+) Très bonne sensibilité, provenant peut-être du fait que la montre est directement plaquée sur le capteur.
• (-) La montre s'appuie directement sur le disque piezo. Il y a un risque de le casser. Une amlioration possible (non testée) serait de mettre une petite plaque en métal fixée sur le bâti là où il y a l'ouverture pour le disque piezo, ce disque étant collé à cette plaque. Ca devrait fonctionner.
• (-) L'élément piezo peut capter des bruits environnants du fait qu'il se trouve à l'air libre ce qui est moins le cas d'un disque piezo complètement enfermé.

PC-RM2-MIC-A-1

PC-RM1 dispose d'un capteur microphonique intégré dans son boitier. Pour les autres chronocomparateurs, ce n'est pas le cas. J'ai donc bricolé ce capteur microphonique externe pour PC-RM4 et les chronocomparateurs qui disposent d'une entrée pour un capteur externe.

Principales caractéristiques

Comme son nom l'indique, PC-RM2-MIC-A-1 est un capteur microphonique amplifié. Le microphone electret et son amplificateur sont logés à l'intérieur d'une plaque épaisse en bois. Cette plaque permet de supporter la montre ou le mouvement que l'on veut mesurer et a une hauteur suffisante pour qu'on ne soit pas obligé de retirer le bracelet.

Principes de réalisation.

Pas grand chose à dire, voir les photos.

Avantages (+) et inconvénients (-)

• (+) Très faible coût. Si vous êtes un peu bricoleur, le seul élément spécifique est le microphone avec son ampli (environ 2€).
• (+) Très grande facilité de réalisation.
• (+) Structure en bois sans risque pour les montres.
• (-) Sensibilité moyenne. Il faut que la montre fasse du bruit.
• (-) Le pied que j'ai mis est trop léger. Préférer un pied en métal assez lourd.