Accueil Interface-Z - Produits - Publications - Conseils - Contacts - Liens

Utilisation des capteurs en art
Point de vue technique
- 1 -

Séminaire du 18/01/03, Paris 8, DEA ATI

Première partie du cours
Aller à la deuxième partie du cours : champ magnétique, notion d'onde, inventaire des capteurs sans contact

I - Du concept à la réalisation technique

Comment traduire un concept d'interaction en technologies ?
Modèle de l'être humain au sens des capteurs

II - Chaîne de mesure (acquisition)

1 - Capteur
2 - Le convertisseur
3 - La ligne de transmission / Interface vers l'ordinateur
Conclusion sur la Chaîne d'acquisition

Capteurs

I - Plusieurs classifications possibles des capteurs

1 - Classification des capteurs en fonction de leur utilisation
2 - Classification des capteurs en fonction des grandeurs physiques captées
3 - Pour chaque capteur :

II - Capteurs mécaniques

- simples

1 - Interrupteur simple
2 - Interrupteurs sous le plancher
3 - Potentiomètre

- statiques ou dynamiques

1 - Capteurs résistifs sensible à la pression/déformation
2 - Capteurs d'accélération

III - Grandeurs physiques environnementales

1 - Température
2 - Humidité - Pluie
3 - Pression atmosphérique
4 - Vent
5 - Gaz, fumée, substances chimiques

IV - Mesure du champ magnétique

V - Notion d'onde

1 - Absence de contact
2 - Spectre des divers types d'ondes

VI - Ondes sonores

1 - Ondes sonores
2 - Capteur sonore 1 : microphone
3 - Capteur sonore 2 : volume sonore
4 - Ultrasons
5 - Effet Doppler en ultrasons

VII - Ondes électromagnétiques basses fréquences

1 - Radars Doppler
2 - Télémètre laser
3 - Theremin et détecteurs capacitifs

VIII - Ondes infra-rouges

1 - Capteurs pyroélectriques
2 - Capteurs à infra-rouge (IR) : barrières et réflexion
3 - Télémètre par triangulation optique

IX - Ondes lumineuses visibles

1 - Capteurs photoélectriques
2 - Barettes CCD
3 - Caméras : chaînes d'acquisition vidéo
4 - Cameras : Traitements usuels

I - Du concept à la réalisation technique

Comment traduire un concept d'interaction en technologies ?

-> L'artiste a un projet esthétique.
-> L'ingénieur veut un cahier des charges technique.

Relations ingénieurs / créateurs : nécessité d'un langage commun

- pour définir ensemble le fonctionnement d'une oeuvre,
- puis choisir les capteurs les plus appropriés pour la réaliser.

Présence de capteurs dans une installation

Ils permettent de créer une interaction entre le(s) spectateur(s) et l'oeuvre.

Les spectateurs font partie intégrante de l'oeuvre.

-> L'artiste : pré-analyse comportementale des spectateurs,
-> L'ingénieur : mesures physiques par capteurs.

Exploiter des informations capteurs pour modifier dynamiquement le comportement d'une oeuvre

L'oeuvre du point de vue de l'ingénieur

Modèle de l'être humain au sens des capteurs

Un capteur mesure des grandeurs physiques.

Les propos qui suivent peuvent sembler caricaturaux mais il faut comprendre qu'un capteur n'est absolument pas intelligent...
Pour des capteurs, l'homme n'est qu'un obstacle mobile pesant caractérisé par :

II - Chaîne de mesure (acquisition) :

Grandeur Physique
Capteur
  Conditionneur
    Convertisseur
      Interpréteur
        Interface émission
          Ligne de transmission
            Interface réception
              Centre de décision

1 - Capteur

Définition :

Un capteur est un dispositif qui, soumis à l'action d'un mesurande, présente une caractéristique de nature électrique.

But des concepteurs du capteur :

Produire une représentation aussi exacte que possible du mesurande.

Courbe de réponse d'un capteur

On obtient une variation du signal électrique en fonction de la variation du mesurande.

-> Il y a différents types de réponses.

Vocabulaire de caractérisation d'un capteur

- Sensibilité

Variation du signal électrique / variation du mesurande

- Etendue de mesure

Différence entre les valeurs extrêmes de la plage du mesurande

- Bande passante

Différence entre les fréquences extremes de fonctionnement

- Temps de réponse à X%

Durée au bout de laquelle la sortie recopie l'entrée à X %

Vocabulaire de caractérisation d'un capteur (suite) : limitations

- Vieillissement

Quelle est la Dégradation/variabilité des caractérisques au cours du temps ?

- Grandeurs d'influence

Variation du signal en fonction d'autres paramètres que le mesurande

- Précision / incertitude

Erreur de précision: incertitude de mesure/étendue de mesure

- Rapport Signal/Bruit exprimé en dB

Dynamique du capteur / dynamique du bruit

Classification plus intuitive des capteurs

- Continu / discret / tout ou rien (*)
- Etat / variation d'état
- Lent / rapide
- Actif / passif (*)
- Contact / sans contact
- Proprioceptif / extéroceptif

2 - Le convertisseur

- Gamme de tension d'entrée

0 à 5V pour la plupart

- Résolution

Nombre de valeurs distinctes qu'il est possible d'associer au mesurande dans la gamme de tension d'entrée

- Défauts du convertisseur

- Vitesse de conversion

3 - La ligne de transmission / Interface vers l'ordinateur

- Port physique

C'est la prise sur laquelle on se connecte :
port série, joystick, usb, ethernet, firewire

- Débit et bande passante du canal

en bauds , ou en octets / seconde

- Protocole

ex: midi , UDP

- Latence

Conclusion sur la Chaîne d'acquisition

- Problème de la latence totale
- Précision / résolution de la chaîne de mesure
- Phénomènes d'accrochage
- Dérive des capteurs

Capteurs

I - Plusieurs classifications possibles des capteurs

1 - Classification des capteurs en fonction de leur utilisation

Analyse de type localisation

- Détection de présence
- Détection de proximité
- Détection de passage
- Détection de mouvement
- Détection d'orientation
- Mesure de distance
- Mesure de vitesse
- Mesure d'accélération (variation de vitesse)
- Détection de source sonore
- Détection / suivi d'une couleur / d'une forme

Analyse d'ambiances

- Son
- Mouvement général
- Tonalité, densité

Analyse d'images / de grandeurs visuelles

- Reconnaissance de couleurs / de formes particulières
- Reconnaissance de mouvement
- Reconstitution de formes 3D

2 - Classification des capteurs en fonction des grandeurs physiques captées

- Paramètres physiques mécaniques

Contact, force, pression, accélération

- Paramètres physiques environnementaux

Température, humidité, pression, gaz ou fumée
ou substances chimiques, champ magnétique terrestre

- Ondes sonores

Son, volume sonore, ultrasons, effet Doppler à ultrasons

- Ondes électromagnétiques basses fréquences

Effet Doppler radar, télémètre laser, interrupteur capacitif, Theremin

- Ondes infra-rouges

Capteurs pyroélectriques, barrière infra-rouge, réflexion infra-rouge

- Ondes lumineuses visibles

Photorésistances, barrettes CCD, télémètre par triangulation optique, caméras

- Ondes électromagnétiques hautes fréquences

Compteurs Geiger

3 - Pour chaque capteur :

- Description, principe physique, applications
- Caractéristiques du signal donné par le capteur
- Signal tout ou rien / signal graduel
- Capteurs lents / rapides / temps réel
- Capteurs longue portée / de proximité
- Champ large / réduit
- Mise en oeuvre, modules de pré-traitement
- Limitations, contraintes d'exposition

II - Capteurs mécaniques

- simples

1 - Interrupteur simple :

- Contacteur mecanique
- Contacteur magnetique

2 - Interrupteurs sous le plancher

- Tapis contact

- Tapis à zones multiples

3 - Potentiomètre (*)

- Analogique : rotatif ou lineaire
- Numérique : roue codeuse, codeur incrémental

- statiques ou dynamiques

1 - Capteurs résistifs sensible à la pression/déformation:

- Capteurs FSR(*)

- Jauge de contrainte
- Capteurs de flexion

- Ecran tactile

2 - Capteurs d'accélération

- accéléromètres, inclinomètres
- gyroscopes

III - Grandeurs physiques environnementales

- Température
- Humidité
- Pression
- Vent
- Gaz, fumée, substances chimiques
- Champ magnétique terrestre

1 - Température

- Capteurs météo : air / sol / eau

Sondes souvent couplées à un capteur d'humidité.

 Thermosondes

 Capteurs de température et humidite extérieures.

 Mesure de température et humidité sous abri.

 Température - thermomètre

- Thermistances

2 - Humidité - Pluie

- Hygromètre

  Combiné baromètre - thermomètre - hygromètre.

- Pluviomètre

3 - Pression atmosphérique

- Pression absolue

- Pression relative

- Pression relative / différentielle

4 - Vent

Vitesse et direction du vent

- Anémomètre

- Girouette

  Anémomètre-Girouette

5 - Gaz, fumée, substances chimiques

- Détecteurs de gaz

- Détecteurs de fumée

- Détecteurs de monoxyde de carbone

Suite du cours