Le circuit démodulateur (détecteur d’enveloppe)

Découverte des ultrasons

Pendant la seconde moitié du 19éme siècle, des progrès considérables ont été réalisés dans le domaine de la physique. Avant la fin du 19éme siècle, on avait déjà fait de nombreuses études scientifiques sur le son mais les données concernant les ultrasons étaient rares et imprécises. Les ultrasons, qui sont des vibrations de fréquence inaudible à l’oreille humaine, se situent entre 20 KHz et 1000 MHz. Ce n’est qu’en 1880 qu’on s’est aperçu que l’on pouvait reproduire des ultrasons mécaniquement, par la d´découverte de l’effet piézoélectrique des frères Curie. La possibilité de produire des ultrasons est liée non seulement à la connaissance de la piézoélectricité mais au fait que le quartz est actuellement un des organes les plus utilises, car il est considère comme un oscillateur de référence. Durant la seconde guerre mondiale, un savant français du nom de Paul Langevin mit au point une méthode permettant de localiser les sous-marins immerges, qui est aujourd’hui appelée sous le nom de sonar. En 1920, ce procédé est utilisé par la marine. Entre 1920 et 1939, un nombre considérable de d´découvertes fondamentales ont été faites. Après 1945, des perfectionnements importants réalisent dans le domaine des circuits électroniques et des convertisseurs de vibrations frayèrent la voie au développement industriel des ultrasons. Peu de temps après, les ultrasons firent leurs apparitions dans des installations de nettoyage, soudage, perçage, des applications médicales.

Utilisation des ultrasons en médecine

Les ultrasons sont utilisés dans le diagnostic et le traitement de différentes affections. Dans un but diagnostique, les ultrasons sont employés par l’échographie, qui explore les organes internes mous ou remplis de liquide par la réflexion et l’analyse d’un faisceau d’ultrasons, et par le Doppler ; cette dernière technique étudie la vitesse de la circulation artérielle et veineuse au moyen d’une sonde émettrice d’ultrasons qui se réfléchissent sur les globules rouges puis sont recueillis par un récepteur situé sur la même sonde. Dans un but thérapeutique, les ultrasons sont exploités dans le traitement symptomatique d’infections des tissus mous (muscles, ligaments, tendons). Cette technique, appelée ultrason thérapie, fait appel à des ondes de haute fréquence permettant de réduire l’inflammation en améliorant la circulation locale. Les ultrasons sont également utilisés pour fragmenter des calculs, surtout urinaires, par voie externe, avec une technique appelée lithotripsie.

Utilisation industrielle En métallurgie, les ultrasons sont utilisés pour le dégazage des métaux, la détection de défauts, pour l’usinage, et la soudure de certains matériaux. Un foret solidaire de la partie mobile d’un générateur d’ultrasons peut être utilisé pour le perçage, en effectuant des mouvements de va-et-vient à la fréquence des ultrasons. Une précision de quelques micromètres est obtenue, et ce même dans des matières extrêmement dures. Les ultrasons sont également employés pour la stérilisation de certains liquides, notamment du lait, l’homogénéisation ou le prétraitement de boues d’épuration ou de résidus industriels, la prospection de gisements minéraux, la déflagration d’explosifs commandée à distance, le nettoyage de certains corps, tels que les fûts de bois utilisé pour la fabrication du vin, ou encore la soudure de matières plastiques. De nombreuses industries comme l’industrie pharmaceutique, automobile ou horlogère ont également recours aux ultrasons à des fins de nettoyage : différents objets peuvent ainsi être plongés dans des bains à ultrasons afin d’être débarrassés des impuretés qui s’y seraient logées ou accumulées.

Signal amplifié Une fois que l’onde ultrasonique réfléchie par l’obstacle est traduite en signal électrique grâce au transducteur de réception, une amplification est nécessaire car notre signal est faible. Pour cela, nous avons utilisé l’AOP TL072. Ensuite nous avons utilisé un démodulateur (détecteur d’enveloppe) pour restituer la composante continue du signal alternatif. Cette composante continue, reliée à l’entrée analogique d’Arduino, est inversement proportionnelle à la distance qui sépare l’obstacle de notre station d’émission-réception utilisant l’effet Doppler en mode continue. Entrées nécessite une tension continue. Sous FRITZING, notre réalisation de tout le circuit de notre station est représentée sur la figure suivante.

Conclusion générale

Ce projet de fin d’études nous a permis de comprendre ce que c’est exactement l’effet Doppler, les ultrasons ainsi que leurs applications qui en découlent pour les deux modes ultrasonores : continue et pulsé. Ici notre objectif, que nous avons atteint, était de réaliser un système (une station d’émission-réception) permettant la mesure de la portée d’un mobile par l’effet Doppler en mode continue. Pratiquement, nous avons montré que la valeur de la tension détectée diminue lorsque le mobile (l’obstacle) s’éloigne de notre station ultrasonique et vice versa. Aussi nous avons pu obtenir l’expression de la fonction (dans notre cas fonction polynomiale d’ordre 5) donnant la distance à mesurer en fonction de la tension détectée et mesurée. Cette dernière (fonction) nous l’avons introduite dans un code IDE que nous avons réalisé pour notre carte Arduino Uno R3 pilotant notre station d’émission-réception. Enfin, nous pouvons dire que notre système fonctionne dans la zone de la détection Doppler et qu’il reste sensible aux bruits.

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Table des matières

Introduction générale
Chapitre I L’effet Doppler et l’ultrason
1. Introduction
2. L’effet Doppler
2.1. Historique
2.2. Définition de l’effet doppler
2.3. Principe physique de l’effet doppler
2.4. L’effet doppler sonore
2.4.1. L’émetteur immobile et le récepteur en mouvement
2.4.2. Le récepteur immobile et l’émetteur en mouvement
2.5. Les applications de l’effet doppler
2.5.1. L’échographie Doppler
2.5.2. Le sonar
2.5.3. La localisation Doppler
2.5.4. L’astronomie
2.5.5. La météorologie
2.5.6. L’aviation
2.5.7. Le GPS
3.Les ultrasons
3.1 Classement des sons
3.2. Définition de ultrasons
3.3. Historique
3.3.1. Bref historique
3.3.2 .Découverte des ultrasons
3.4 .Production d’ultrasons
3.4.1. Piézoélectricité
3.5. Phénomènes observés aux interfaces
3.5.1. Réflexion et transmission
3.6. Les application de ultrsons
3.6.1. le repérage d’obstacle
3.6.2 Utilisation industrielle
3.6.3. Utilisation des ultrasons en médecine
4 .l’effet doppler ultrasonore
4.1. L’effet doppler continue
4.2. L’effet doppler pulsé
5. Conclusion
Chapitre II Etude théorique de système
1. Introduction
2. Synoptique
3. Le circuit d’émission
3.1. Un circuit astable
3.1.1. Définition
3.1.2. NE555
3.2. Le rôle de potentiomètre
3.3. Le capteur ultrason
3.3.1. Émetteur
4. Le circuit de réception
4.1. Le récepteur
4.2. Le circuit d’amplificateur
4.2.1. Définition
4.2.2 .Caractéristiques électriques de TL072
4.3. Le circuit démodulateur (détecteur d’enveloppe)
4.3.1. Démodulation par détection d’enveloppe
5. Carte Arduino
5.1. Présentation d’Arduino
5.2. Le but
5.3. Application
5.4. Les types des cartes
5.5. Les différentes cartes
5.5.1. La carte UNO et DUMILANOVE
5.5.2. La carte MEGA
5.6. Le matériel
5.6.1. Constituants de la carte
5.7. le logiciel
5.7.1. Le menu File
5.7.2. Les boutons
6. Conclusion
Chapitre III Mesure de la portée
1. Introduction
2. Méthode de calcul de la portée
2.1. Signal d’émission
2.2. Signal de réception
2.3. Signal amplifié
2.4. Signal continue
3. Résultats expérimentaux
4. Présentation de la station d’émission-réception réalisée
5. Conclusion
Conclusion générale