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But du Projet Modifier

Le but de ce projet est de construire un instrument permettant d’étudier le phénomène de fluorescence.

Présentation du projet Modifier

UNO

Pour mesurer la phosphorescence de l'objet recouvert d'une peinture jaune phosphorescente, celui-ci est placé dans une enceinte obscure. Une source lumineuse U.V. est placé au dessus de l'objet et peut être contrôlée de l'extérieur. Une photodiode permet de mesurer l'émission lumineuse de l'objet une fois la source éteinte. La décroissance de cette émission est suivie en fonction du temps et un paramètre supplémentaire est la température de l'objet qui peut être régulée de -10°C à 40°C.

Cahier des charges Modifier

Un Arduino fournira une tension numérique 0-5V qui commandera l'allumage de la source lumineuse.

La photodiode fournira un courant qui sera transformée en tension lue par l'Arduino.

La régulation de température sera effectuée par une mesure de température puis commande d'un élément chauffant ou refroidissant.

Capteurs nécessaires Modifier

La mesure de l'intensité lumineuse émise sera effectuée par une photodiode. La photodiode choisie [1](photodiode SFH 2430 de Osram Opto) a une sensibilité dans le visible de 400 nm à 900 nm. Le courant photodiode est de 0.17A/W ou 6nA/lux reçu à 400 nm. La fiche technique de la photodiode est donnée en pdf ici Fichier:Photodiode.pdf

La mesure de température est effectuée par une thermistance (xx-123, radiospares) dont la résistance varie de 0.3% par degré et dont la résistance vaut 100 Ohm à 0°C.

Transducteurs nécessaires Modifier

La source de lumière est une LED bleue. Le courant à fournir est de 100 mA pour une tension de 2V (voir données constructeurs).

La source de chaleur pour les températures au dessus de l'ambiante est une résistance de puissance de 10 W (1A et 10 V, 10 Ohm) qui sera alimentée en courant continu.

Besoins électriques Modifier

Pour alimenter la LED, on reprend un schéma à base d'un transistor. L'Arduino fournit une tension 0V/5V qui commande l'ouverture ou la fermeture du transistor. L'alimentation utilisée en TP fournit la tension et le courant souhaités (dessin à insérer).

Pour amplifier le courant fourni par la photodiode, un montage à ampli op permet de transformer le courant en une tension (schéma à insérer).

Besoins Mécaniques Modifier

L'enceinte est un tuyau plastique (PVC) opaque de 15 cm de diamètre et de 20 cm de hauteur. L'objet phosphorescent est placé au fond du tube sur une plaque métallique à température variable. La LED et la photodiode sont placées au dessus de l'objet.

Arduino Modifier

L'Arduino UNO possède plusieurs sorties numériques. Ici la sortie D1 est utilisée pour commander la LED.

L'entrée analogique A1 est utilisée pour lire la photodiode. Elle est utilisée pour lire une tension analogique entre 0 et 5V sur 10 bits (résolution 5 mV).

Programme Arduino Modifier

Tests Modifier

Commande de la LED : en s'inspirant du schéma suivant (voir graphe) avec R=1kOhm et R2=10 Ohm, on a effectué les mesures suivantes :

sortie Arduino 0V : le transistor est bloqué, pas de courant dans la LED

sortie Arduino 5V : la tension sur la base est de 0.7 Volt (le courant de base est de 1 mA, le transistor est passant). Le courant collecteur est de 200 mA (gain Ic/Ib=200 comme attendu (cf doc)), la chte de tension aux bornes de la LED est de 2.1 Volt et aux bornes de la résistance en série de 2.3 V.

L'amplificateur de courant réalisé : 100 microVolt donne 5 Volt. Le choix des composants (voir schéma) est R0=1 kOhm, R1=200 Ohm, R3=10kOhm.

En illuminant la photodiode on mesure aux bornes de R0 : x V, aux bornes de R1 XX Volt et aux bornes de R2 ZZ Volt. L'amplificateur saturera pour un courant de xx mA.

Test chauffage

Test refroidissement

Mesures Modifier

Objet Phosphorescent à 300 K : La courbe intensité mesurée après extension de la LED est présentée ici.

On peut modéliser cette courbe comme une exponentielle décroissante de temps caractéristique 75s +/- 10s.

A 310 K, ce temps devient 65s+/- 10s, compte tenu de la barre d'erreur, on ne peut pas affirmer que le temps est plus court.

Problèmes rencontrés Modifier

La photodiode est très sensible à la lumière ambiante, il a fallu travailler dans une obscurité complète.

L'amplificateur courant-tension génère beaucoup de bruit et les faibles intensités sont mal mesurables, il faudrait ajouter un intégrateur pour moyenner le bruit à zéro.

Conclusions Modifier

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