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LE BUZZER PIEZO-ELECTRIQUE UTILISE EN CAPTEUR DE FORCE
Martial Aude
Professeur
Le composant
Détournement du composant
Préparation du capteur
Amplification
Oscillateur harmonique
Exemple d'enregistrement
Les jouets électroniques, les agendas électroniques et bien d'autres objets techniques utilisent un buzzer piézo-électrique pour émettre des bips sonores ou pour jouer de petites mélodies.
Les faces d'une fine lame d'un cristal particulier sont recouvertes d'électrodes métalliques. Quand on leur applique une tension alternative, le quartz devient un oscillateur mécanique, vibrant avec la fréquence imposée : c'est la piézo-électricité inverse.
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Réciproquement, si on exerce des contraintes mécaniques sur les faces de cette lame de quartz, il apparaît des charges électriques sur les électrodes : c'est la piézo-électricité directe. Le quartz peut alors servir de capteur de pression ou de capteur de force : la tension qui apparaît à ses bornes est strictement proportionnelle aux contraintes appliquées.
L'utilisation d'un buzzer permet d'obtenir un capteur de force à bon compte !
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Il n'est pas possible d'utiliser tel quel ce dispositif : les charges qui apparaissent sur les électrodes du quartz s'évacuent dans le circuit de mesure : pour une même contrainte exercée, la tension délivrée par le capteur chute rapidement.
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On adjoint donc au capteur un montage amplificateur non-inverseur dont le
facteur d'amplification est ajustable par le potentiomètre P utilisé en
résistance ajustable.
Le bouton poussoir permet de "faire le zéro" en court-circuitant les bornes du capteur.
Pour un facteur d'amplification donné, on peut étalonner le capteur en y suspendant des masses croissantes et construire le graphe U = f(Poids).
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5- Utilisation du capteur pour l'étude de l'oscillateur harmonique
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Une masse est suspendue à l'extrémité inférieure d'un ressort ; l'autre extrémité est accrochée au capteur fixé à la potence. On désire suivre l'évolution de la position de la masse en fonction du temps et en faisant varier les divers paramètres (raideur, masse, amplitude). On peut donc utiliser ce capteur de force puisque la force appliquée au capteur par l'intermédiaire du ressort est proportionnelle à l'élongation de la masse. |
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On veut aussi que les oscillations se fassent de part et d'autre du zéro : pour cela, on adjoint à l'entrée du montage, un filtre passe-haut, de fréquence de coupure 0,01 Hz par exemple, les fréquences étudiées étant typiquement de l'ordre du Hertz.
Fc = 1/2.p.R.C = 0,01 Hz s'obtient avec C=10 m F et R = 1,6W |
Il est aisé alors de mener l'étude de la période des oscillations en fonction de la valeur de la masse, de la raideur du ressort et de l'amplitude des oscillations.