Mesure de vitesse avec une souris

Principe de fonctionnement du convertisseur fréquence / tension

Pour la mesure de vitesse, on utilise un convertisseur fréquence / tension réalisé à l'aide d'un monostable à portes NAND. Le principe est de déclencher une impultion d'une durée fixe, mais réglable par un potentiomètre, à chaque période du signal d'entrée. La valeur moyenne de la tension générée sera alors proportionnelle à la fréquence.

Le schéma du montage est présenté sur la figure ci-dessous. On peut distinguer les élements suivants :

• R20,R21 et DZ4 protègent l'entrée du circuit intégré. Il est alors possible d'appliquer une tension évoluant entre +15V et -15V sans risque d'endommager le circuit.
• U3C, C5, D2 et R16 permettent l'élaboration des impulsions de déclenchement du monostable.
• U3A, U3B, C4, AM2, R17 et D1 élabore une impulsion dont la durée est réglable avec AM2.
• U3D, R22 et C6 filtre la tension de sortie pour en extraire sa valeur moyenne.
  

Mesures réalisées sur le convertisseur

Photo de l'expérience

Le graphique, ci-dessous, représente la valeur de la tension de sortie du montage en focntion de la fréquence du signal d'entrée. On remarque une première partie bien linéaire, puis, le convertisseur présente une non linéarité. Dans notre exemple, on pourra utiliser le convertisseur jusqu'a une fréquence de 100Hz.

Mesure de la vitesse de déplacement de la souris

On reprend les mesures du TP sur la mesure de distance avec une souris . On avait une impulsion tous les 0,45mm. On peut avoir au maximum 100 implusions par seconde (100Hz). Soit une vitessev=100x0,00045=0,045m/s ou encore 45mm/s.

Aprés avoir relié la sortie E1 à l'entrée Horloge du convertisseur, on déplace lentement la souris d'une distance de 200mm tout en fansant l'acqusition de la tension VSF. On mesure le temps de parcours avec un chonomètre.
Dans un tableur, on calcule la vitesse istantanée de la souris pour chaque valeur de la tension VSF.
On sait que l'on a une prériode pour un parcours de 0,45mm et que le convertisseur fournit 0,02V/Hz. Le coefficient liant la vitesse de la souris à la tension VSF est donc :
Voici le graphique représentant la vitesse instantanée de la souris en fonction du temps :

La moyenne des vitesses instantanées est représentée en rouge, elle est de 0,0184m/s. Le temps de parcours des 200mm a été de 10,3 secondes, la vitesse moyenne est donc vmoy=0,2/10,3=0,0194m/s.
On peut donc bien conclure que la moyenne des vitesses instantanées est égale à la vitesse moyenne.