Généralités sur les détecteurs sonores

Les détecteurs ont joué un rôle déterminant dans le développement de la physique depuis le 20e siècle ; ils sont utilisés dans l’industrie, les maisons intelligentes, la sécurité des ambassades et des consulats et les administrations des états contre le terrorisme. Dans ce chapitre nous allons procéder à l’étude des différents types de détecteurs et leurs applications dans la vie quotidienne .

Définition
Un détecteur est un dispositif technique (instrument ou substance) qui change d’état en présence de l’élément ou de la situation pour lequel il a été spécifiquement conçu. Des fonctions supplémentaires peuvent apporter des précisions qualitatives ou quantitatives sur le phénomène observé. On peut le définir aussi comme un appareil destiné à déceler la présence d’un phénomène et éventuellement à la mesurer.

Mode de fonctionnement
Quel que soit le mode de fonctionnement d’un détecteur et donc le principe sur lequel s’appuie la détection des rayonnements, il est toujours constitué des mêmes éléments :
• un capteur au niveau duquel le rayonnement interagit avec la matière.
• un système d’amplification qui met en forme et amplifie le signal produit.
• éventuellement un système de traitement du signal.
• un système d’affichage.

Paramètres caractéristiques d’un détecteur
• L’efficacité de détection : c’est le rapport du nombre de particules détectées au nombre de particules reçues par le détecteur. L’efficacité dépend donc de la nature et de l’énergie du rayonnement.
• Le temps mort : c’est le plus petit intervalle de temps entre deux informations pour que chacune d’entre elles soit prise en compte par le système.
• Le mouvement propre : c’est le taux de comptage enregistré en absence de toute source de rayonnement.
• Les caractéristiques géométriques : elles définissent la forme du détecteur, l’importance de sa surface sensible et sa directivité [2].

Différents types de détecteurs 

On distingue trois grandes catégories de détecteurs :
– Détecteur de mouvement.
– Détecteur d’incendie.
– Détecteur de bruit.

Détecteur de mouvement
En général, l’électronique des détecteurs permet de développer des logiques de gestion de l’éclairage en détection de présence ou d’absence ; en d’autres termes :
• Pour une gestion de présence, le détecteur peut travailler seul. Dès qu’une personne entre dans la zone de détection, l’éclairage est allumé. Ce principe est applicable dans les locaux où les détections sont fréquentes, mais de courte durée.

• Pour une gestion d’absence, le détecteur doit être combiné avec un système de commande volontaire (type bouton-poussoir). Une personne entrant dans un local avec accès à la lumière naturelle peut choisir d’allumer ou pas, l’éclairage en fonction du niveau d’éclairement régnant dans le local. Si elle choisit d’allumer, le détecteur ne coupera l’éclairage qu’après un délai réglable d’absence de la personne. Ce principe permet, en général, de responsabiliser les occupants. Ces détecteurs permettent en réalité d’imaginer toute sorte de fonctionnement. Par exemple, pour des couloirs : en cas d’absence la lumière est dimée (intensité réduite) et dès détection de présence, l’éclairage est remis à 100 %. L’extinction arrive seulement en cas d’absence plus longue [3].

Différentes technologies existent sur le marché. La technologie à infrarouge (IR) est la plus répandue dans le domaine de l’éclairage. Cependant ; quelques applications de gestion d’éclairage, comme dans les sanitaires par exemple, font appel aux technologies ultrasoniques (US), combinées IR et US ou encore sonores.

Détecteur à infrarouge (IR)
Ils détectent le mouvement du corps humain par la mesure du rayonnement infrarouge (chaleur) émis par le corps humain.

L’infrarouge est un rayonnement électromagnétique situé dans une région spectrale invisible à l’œil humain. Dans son application liée au recueil de données de trafic routier, les capteurs IR sont à distinguer en deux grandes familles : les capteurs IR passifs dont le principe de fonctionnement est la réception selon une longueur d’onde choisie comprise dans la bande de longueur d’onde IR thermique (3μm<λ<15μm), et les capteurs de type IR actifs basés sur le principe de l’émission et de la réception d’un faisceau modulé et dont la longueur d’onde est comprise dans la bande dite IR proche (0,8μm < λ < 3μm).

➤ Les capteurs IR passifs sont composés de trois parties : un capteur pyroélectrique sensible au rayonnement infrarouge, une lentille de Fresnel parfois associée à un miroir et chargée de faire converger les rayons sur le capteur, et une partie électronique dont le rôle est de traiter le signal issu du capteur. Cette technologie repose sur le fait, que tout corps porté à une température au dessus du zéro degré Kelvin dégage une énergie sous forme d’ondes électromagnétiques. Ainsi, le véhicule est un objet détectable puisqu’il émet une source de chaleur importante et notamment au niveau de son moteur et de son pot d’échappement. La cible est détectée lorsqu’elle émet une longueur d’onde incluse dans la plage de sensibilité du capteur. Ce type de capteur permet donc la détection de présence de véhicules, et des applications variées telles que le comptage et la régulation du trafic, et la commande de feux tricolores. Ces capteurs sont de type non-intrusif et, en fonction du besoin, sont installés en accotement ou en surplomb des voies de circulation [5].

➤ Les capteurs IR actifs sont constitués d’une partie émettrice et d’une partie réceptrice. L’émetteur est une diode électroluminescente (DEL) qui émet un faisceau lumineux plus ou moins fin selon son application. Cet émetteur peut être un laser dont l’avantage est de pouvoir travailler dans un domaine proche du visible. En effet ; le faisceau n’est pas visible pour l’usager puisque sa longueur d’onde cible est dans l’IR, pourtant le phénomène de dispersion de cette longueur d’onde permet de distinguer, lors du réglage de l’alignement du capteur, une partie visible du faisceau de couleur rouge. De plus, la directivité du faisceau issue d’une diode laser garantit une précision de mesure notamment pour la vitesse. Le capteur IR actif est utilisé selon trois modes de détection : le mode vis à vis, le mode réflex et le mode de proximité. L’ensemble émetteur/récepteur est dissocié en deux modules en mode vis à vis, ou combiné dans un même boîtier en mode réflex (utilisation d’une surface réfléchissante) et en mode de proximité (réflexion du faisceau sur le véhicule). Cette technologie a plusieurs applications dans le domaine routier telles que la réalisation de barrières optiques, de télémètres et de cinémomètres laser de contrôle routier [5].

Détecteurs ultrasoniques (US)
Les détecteurs US sont de type émetteur/récepteur et fonctionnent sur le principe de l’effet Doppler. Toute onde ultrasonique (32 kHz à 45 kHz) émise par le détecteur qui rencontre un objet sur son parcours, « rebondit » en direction inverse avec une fréquence différente. Le détecteur est capable de mesurer l’écart de fréquence et de générer ainsi un signal de présence. Les détecteurs US ont une portée limitée mais peuvent détecter des mouvements mineurs, et ce même autour de certains obstacles.

Détecteur à double technologie
Les détecteurs de présence à infrarouges risquent de ne pas détecter les mouvements légers. Par contre des détecteurs à ultrasons peuvent être trop sensibles et risquent de déclencher l’allumage de l’éclairage lors du passage « d’une mouche ». Pour éviter cet inconvénient tout en gardant une sensibilité importante, certains détecteurs, appelés « détecteurs à double technologie » combinent ultrasons et infrarouge. Cette combinaison permet d’augmenter la fiabilité des détecteurs et élimine les détections indésirables.