Expérience de Herschel

Cahier de Bord

Lara et Louis vous présente le wiki de notre projet, bonne lecture !

Journal de bord

Semaine 0 :

Présentation des différents sujets, des locaux, des enjeux. Choix de notre sujet.

Première prise de contact avec le chercheur Ehouarn Millour du LMD IPSL. Travail personnel de recherche d'informations en lien avec le sujet (contexte, gamme de valeurs sur les températures et sur les longueurs d'onde), premiers schémas.

Semaine 1 :

Premier rendez-vous avec Monsieur Millour : présentation du cahier des charges :

Objectif : refaire l'Expérience de Herschel dans le but de la présenter à la Fête de la Science.

Présentation du matériel déjà à disposition (lampe + ampoule halogène 50W, 1 prisme normal, 1 prisme grand)

Premières ébauches de réflexion quant aux enjeux : la lampe? comment récupérer la température? la traiter? le prisme de diffraction est-il exploitable?

Recherche de capteurs de températures au Fablab.

Expérimentation de l'arduino et des thermocouples pour la récupération de données sur l'ordinateur, réalisation d'une courbe de donnée brute pour visualiser les variations de température. Afin de récupérer la température, on pense à une barre en plexiglass où les thermocouples vont être placés.

Réalisation des premières expériences avec le prisme et observation des spectres de diffraction : résultats peu concluants : spectres non exploitables : trop diffus, la lumière se recompose en lumière blanche : aucune précision dans le spectre.

On prévoit 8 thermocouples (violet, bleu, vert, jaune, orange, rouge, IR, témoin) ou capteurs de températures.

Prochainement :

- posséder un condensateur optique

- refaire l'expérience plus précisément

- essayer de former notre Arduino

- comparer avec un réseau pour voir si c'est mieux qu'un prisme

46 45 1er, salle des clés

Semaine 2 :

Premiers pas et apprentissage du logiciel Openscad :

Conception d'un support du prisme sur ce logiciel

(mettre le schéma)

Mise en place de l'expérience approfondie, test des différents prismes et des lampes : lampes fournies/projecteurs

Exemples de test de diffraction pour placer les thermo-couples

Recherche d'une lentille auprès du super JP Ferreira

Prochainement :

- imprimer en 3D le support du prisme

- avancer les recherches personnelles sur les lampes et prismes

Semaine 3 :

Obtention d'un spectre lumineux exploitable pour l'expérience, il était beau (photo à l'appui).

mettre photo

Réalisation d'une fente sur le logiciel OpenScad et test d'impression 3D dans la salle Image. Test infructueux --> Direction Fablab bâtiment Esclangon pour une nouvelle impression 3D. Durée : environ 1h15. Coût : 0,64€. Poids : 21,3g.

photo

Recherche internet des thermocouples afin de faire des tests : voir si on détecte une variation de température significative.

Semaine 4 :

Première utilisation de notre super fente malheureusement elle semble trop petite : elle atténue trop la lumière et donc le spectre. On va donc garder notre "rond" qui est, on vient de l'apprendre, un embout de tuyau imprimé en 3D pour l'expérience de DARCY. On a ensuite fait des tests de prise de température avec les thermocouples et un code Arduino qui s'est avéré plus compliqué que prévu. En effet le code a fonctionné au départ puis mystérieusement plus du tout; problème que l'on essaye de régler en ce moment avec l'aide de Loïc et Pierre.

On a ensuite lancé l'impression de notre 2ème pièce d'orfèvrerie en impression 3D : un support pour notre prisme pour ne pas l'endommager plus que de raison. Durée : 1h17. Cout : 0,37€. Poids : 12g.

En somme une semaine mouvementée.

Prochainement :

- se renseigner sur les arduinos et les ThC, les commander. Trouver tuto pour faire un code correct qui marche.

recherche internet et lien :

https://www.mesurex.fr/non-classe/comment-choisir-son-thermocouple/

https://learn.adafruit.com/thermocouple/wiring-a-thermocouple

https://forum.arduino.cc/t/question-sonde-thermocouple-et-larduino/130848/9

https://www.tcsa.fr/thermocouples/thermocouple-patch.html

Semaine 5 :

Récapitulatif des choses à faire :

- acheter 8 thermocouples DEMANDER A PIERRE

- trouver un écran en plexiglass noir (Fablab) / y faire 8 trous

- s'occuper de la partie électronique

Semaine 6 :

thermocouple et voir si faut un amplifier

http://emery.claude.free.fr/arduino-capteur-temperature.html/

https://www.carnetdumaker.net/images/montage-de-lexemple-arduino-lm35/

https://www.raspberryme.com/guide-des-capteurs-de-temperature-lm35-lm335-et-lm34-avec-arduino/

Commande de capteurs de températures LM35

Le capteur de température LM35 est un capteur analogique de température fabriqué par Texas Instruments. Il est extrêmement populaire en électronique, car précis, peu couteux, très simple d'utilisation et d'une fiabilité à toute épreuve.

Le capteur de température LM35 est capable de mesurer des températures allant de -55°C à +150°C dans sa version la plus précise et avec le montage adéquat, de quoi mesurer n'importe quelle température.

La sortie analogique du capteur est proportionnelle à la température. Il suffit de mesurer la tension en sortie du capteur pour en déduire la température. Chaque degré Celsius correspond à une tension de +10mV.

La version plus précise du LM35 (nommée "LM35A") a une précision garantie de +/-0.5°C à 25°C et +/-1°C à -55°C ou +150°C.

Le capteur LM35 fonctionne avec n'importe quelle tension d'alimentation comprise entre 4 volts et 30 volts, ce qui permet de l'utiliser dans virtuellement n'importe quel montage numérique ou analogique. Le capteur LM35 ne fonctionne pas en dessous de 4 volts, donc oubliez l'utilisation d'un LM35 avec des cartes Arduino 3.3 volts (Due, Zero, etc), sans alimentation 5 volts externe, ça ne marche pas.

Mise en évidence rapide des variations de température à l'aide d'un thermomètre classique :

On voit que la température est plus élevée sur la photo de gauche (quand la température est mesurée dans le rouge), et plus basse dans la photo de droite (dans le violet).

Préparation du montage avec tous les composants nécessaires sauf les capteurs de températures LM35DZ :

- condensateur 100 nF

- breadboard + fils

- carte Arduino Méga

Il reste à déterminer si l'on réalise un montage en série ou en dérivation. Si dérivation, besoin de 8 condensateurs.

Nous avons été cherché au Fablab : 8 condensateurs et un breadboard.

Référence capteurs à commander :

https://fr.rs-online.com/web/p/capteurs-de-temperature-et-d-humidite/8115595

Semaine 7 :

On a commandé les thermocouples et on les attend. en attendant on voit pour le circuit imprimé et on répond à Claude.

on associe chaque couleur du spectre à un câble de cette même couleur.

On a vu qu'il fallait mettre tout les capteurs en dérivations ce qui complexifie le câblage mais rend le traitement de donné plus simple

source :

https://forum.arduino.cc/t/multi-sensor-lm35/584761

La partie du LM35DZ qui détecte la température est appelée "élément sensible", il s'agit d'une petite puce située au centre du boitier en plastique noir.

Nous avons ensuite réfléchi sur l’esthétique du support : les composants seront exposés face visible pour rendre les explications plus facile et pédagogique. ils seront collés sur une plaque de plexiglas avec une gravure de nos prénoms pour les royalties, ainsi que le logo Fablab et celui de SU. De plus il faut que nous réalisions un support pour maintenir la plaque de plexi à la verticale pour plus de confort.

après avoir fait les tests sur breadboard nous allons réaliser notre propre circuit imprimé qu'on devra réaliser et souder nous même.

Semaine 8 :

On a toujours pas reçu les thermocouples. La première commande n'a pas abouti donc il a fallu en faire une deuxième.

Aujourd'hui, on va s'occuper de la plaque de plexiglass, la couper aux bonnes dimensions si besoin et aussi réaliser son support.

On a été chercher la plaque qu'on a ensuite découpé au laser aux dimensions 40x40 cm. On a modélisé les pieds de support et notre logo.

Prochainement : imprimer le support et la gravure de notre logo.

Semaine 9 :

Mercredi :

On a reçu les thermocouples. On a pu réaliser le montage du câblage (voir photo). Malheureusement, après de nombreuses tentatives d'écritures du codage Arduino, on ne parvient pas à en trouver un qui fonctionne.

On a également fini de designer notre logo (voir photo)

On va maintenant aller lancer la gravure de notre logo et imprimer les supports de notre plaque.

Jeudi :

On est parti graver notre logo mais on va le refaire car il nous convenait pas parfaitement. On a aussi lancé l'impression de nos supports pour tenir notre plaque de plexi mais elle a échoué nous allons donc devoir en relancer une autre.

Vendredi :

Avec Loic et Pierre, nous avons mis bcp de temps avant de réaliser un code qui fonctionne. En effet, on pensait que notre montage manquait d'une résistance (même deux), que la carte Arduino MEGA 2560 ne marchait pas, ou encore qu'il y avait un problème dans les branchements des fils alors qu'en réalité, le problème venait seulement du monitor.

Nous avons choisi un code écrit par Claude (cf Le Blog de Claude) mais il est valable que pour un capteur donc nous devons le modifier pour qu'il nous renseigne les températures de nos 6 capteurs.

On a été réalisé une deuxième fois notre gravure qui est meilleure.

On a été voir Stéphane au Fablab pour nous aider à corriger notre code Arduino. Au final, c'est avec l'aide du directeur du Fablab qu'on a pu trouver notre erreur et avoir un code qui marche. Notre erreur venait du fait que l'on avait placé nos thermocouples sur tout le long de la breadboard, en oubliant que celle-ci était divisée en deux au milieu, séparant ainsi le circuit électrique en deux. Le directeur nous a aussi écrit une partie du code permettant de visualiser les courbes de températures. Donc un grand merci à .........

Semaine

relation entre l'angle de driffraction et la distance

loi de bragg

En fait les infrarouges lointains dont la longueur d’ondes se situe entre 8 μm et 12 μm sont les plus efficaces pour le corps humain, car c’est la bande d’ondes des infrarouges lointains émis par le corps. Ainsi le corps humain est plus à même de subir la résonance lorsqu’il absorbe des infrarouges lointains extérieurs de la même bande d’ondes.

L’infrarouge, d’un autre côté, est un rayon physique caractérisé par une action de chaleur intense et une faible énergie.

Plus la longueur d’onde IR est courte, plus le radiateur IR est « chaud » et plus sa chaleur est « transmissive », ce qui signifie qu’il peut parcourir de plus grandes distances dans des « faisceaux » plus étroits.

Semaine 0 :

Présentation des différents sujets, des locaux, des enjeux. Choix de notre sujet.

Semaine 1 :

Programme

Ceci est un code qui fonctionne avec les capteurs LM35 de chez texas instrumental 
avec une précision de +/- 0.5°C :

int sensePin0 = A0;
int sensePin1 = A1;
//int sensePin2 = A2;  //This is the Arduino Pin that will read the sensor output
int sensePin3 = A3;
//int sensePin4 = A4;
int sensePin5 = A5;

int sensorInputIr;
int sensorInputRouge;  //The variable we will use to store the sensor input
//int sensorInputJaune;
int sensorInputInt;sensorInputVert;
//int sensorInputBleu;
int sensorInputViolet;

double tempIR;
double tempRouge;  //The variable we will use to store temperature in degrees.
//double tempJaune;
double tempInt;tempVert;
//double tempBleu;
double tempViolet;

void setup() {
  // put your setup code here, to run once:
  Serial.begin(9600);  //Start the Serial Port at 9600 baud (default)

  pinMode(sensePin0, INPUT);
  pinMode(sensePin1, INPUT);
  //pinMode(pinMode(sensePin2, INPUT)INPUT);
  pinMode(sensePin3, INPUT);
  //pinMode(pinMode(sensePin4, INPUT)INPUT);
  pinMode(sensePin5, INPUT);
}
void loop() {
  // put your main code here, to run repeatedly:
  sensorInputIr = analogRead(sensePin0);
  sensorInputRouge = analogRead(sensePin1);
  //sensorInputJaune = analogRead(sensePin2)analogRead(sensePin2);
  sensorInputIntsensorInputVert = analogRead(sensePin3);  //read the analog sensor and store it
  //sensorInputBleu = analogRead(sensePin4)analogRead(sensePin4);
  sensorInputViolet = analogRead(sensePin5);




  tempIR = (double)sensorInputIr  / 1024 ; 
  tempRouge = (double)sensorInputRouge / 1024 ;  //find percentage of input reading
  //tempJaune = (double)sensorInputJaune / 1024;

  tempInt =  (double)sensorInputIntsensorInputJaune /1024 ; 

  tempVert = (double)sensorInputVert / 1024; 
  //tempBleu = (double)double)sensorInputBleu / 1024;1024;
  tempViolet = (double)sensorInputViolet / 1024;


  tempIR = tempIR * 5*100;    //multiply by 5V to get voltage
  tempIR = tempIR * 100;  //Convert to degrees

  
  tempRouge = tempRouge * 5*100;
  tempRouge



  tempJaune = tempRougetempJaune * 5;

  tempJaune = tempJaune * 100;

  //tempJaunetempVert = tempJaune * 5;

  //tempJaune = tempJaune * 100;

  

  tempInt = tempInttempVert * 5;
  tempInttempVert = tempInttempVert * 100;

  //tempBleu = tempBleu * 5;5;
  //tempBleu = tempBleu * 100;100;

  tempViolet = tempViolet * 5;
  tempViolet = tempViolet * 100;


// conversion  degres farenheit 

  /*tempIR = tempIR *5/9 + 32;

  tempViolet = tempViolet *5/9 + 32;

  tempRouge = tempRouge *5/9 + 32;

  tempInt = tempInt *5/9 +32;

  */

 

 

  Serial.print("tempIR: ");
  Serial.println(tempIR);
  Serial.print("tempRouge:");
  Serial.println(tempRouge);
 // Serial.print("tempJaune:");

  //Serial.println(tempJaune);

  Serial.print("tempInt:tempJaune:");
  Serial.println(tempInttempJaune);
 // Serial.print(Serial.print("tempBleu:tempVert:");
  //Serial.println(tempBleu)Serial.println(tempVert);

  Serial.print("tempBleu:");

  Serial.println(tempBleu);
  Serial.print("tempViolet:");
  Serial.println(tempViolet);
  

  delay(20001000);

  /*Serial.print(tempIR);
Serial.print(" ");
Serial.print(tempRouge);
Serial.print(" ");
Serial.print(tempJaune);
Serial.print(" ");
Serial.print(tempVert);
Serial.print(" ");
Serial.print(tempBleu);
Serial.print(" ");
Serial.print(tempViolet);
Serial.println();
delay (1000);*/
}

Voici maintenant le code qui fonctionne avec un capteur plus précis le LMT86LP (+/- 0.25°C)

Premier rendez-vous avec Monsieur Millour : présentation du cahier des charges :

Objectif : refaire l'Expérience de Herschel dans le but de la présenter à la Fête de la Science.

Présentation du matériel déjà à disposition (lampe + ampoule halogène 50W, 1 prisme normal, 1 prisme grand)

Premières ébauches de réflexion quant aux enjeux : la lampe? comment récupérer la température? la traiter? le prisme de diffraction est-il exploitable?

Recherche de capteurs de températures au Fablab.

On prévoit 8 thermocouples (violet, bleu, vert, jaune, orange, rouge, IR, témoin) ou capteurs de températures.

Prochainement :

- posséder un condensateur optique

- refaire l'expérience plus précisément

- essayer de former notre Arduino

- comparer avec un réseau pour voir si c'est mieux qu'un prisme

46 45 1er, salle des clés

Semaine 2 :

Premiers pas et apprentissage du logiciel Openscad :

Conception d'un support du prisme sur ce logiciel

(mettre le schéma)

Mise en place de l'expérience approfondie, test des différents prismes et des lampes : lampes fournies/projecteurs

Exemples de test de diffraction pour placer les thermo-couples

Recherche d'une lentille auprès du super JP Ferreira

Prochainement :

- imprimer en 3D le support du prisme

- avancer les recherches personnelles sur les lampes et prismes

Semaine 3 :

Obtention d'un spectre lumineux exploitable pour l'expérience, il était beau (photo à l'appui).

mettre photo

photo

Recherche internet des thermocouples afin de faire des tests : voir si on détecte une variation de température significative.

Semaine 4 :

En somme une semaine mouvementée.

Prochainement :

- se renseigner sur les arduinos et les ThC, les commander. Trouver tuto pour faire un code correct qui marche.

recherche internet et lien :

https://www.mesurex.fr/non-classe/comment-choisir-son-thermocouple/

https://learn.adafruit.com/thermocouple/wiring-a-thermocouple

https://forum.arduino.cc/t/question-sonde-thermocouple-et-larduino/130848/9

https://www.tcsa.fr/thermocouples/thermocouple-patch.html

Semaine 5 :

Récapitulatif des choses à faire :

- acheter 8 thermocouples DEMANDER A PIERRE

- trouver un écran en plexiglass noir (Fablab) / y faire 8 trous

- s'occuper de la partie électronique

Semaine 6 :

thermocouple et voir si faut un amplifier

http://emery.claude.free.fr/arduino-capteur-temperature.html/

https://www.carnetdumaker.net/images/montage-de-lexemple-arduino-lm35/

https://www.raspberryme.com/guide-des-capteurs-de-temperature-lm35-lm335-et-lm34-avec-arduino/

Commande de capteurs de températures LM35

La version plus précise du LM35 (nommée "LM35A") a une précision garantie de +/-0.5°C à 25°C et +/-1°C à -55°C ou +150°C.

Mise en évidence rapide des variations de température à l'aide d'un thermomètre classique :

On voit que la température est plus élevée sur la photo de gauche (quand la température est mesurée dans le rouge), et plus basse dans la photo de droite (dans le violet).

Préparation du montage avec tous les composants nécessaires sauf les capteurs de températures LM35DZ :

- condensateur 100 nF

- breadboard + fils

- carte Arduino Méga

Il reste à déterminer si l'on réalise un montage en série ou en dérivation. Si dérivation, besoin de 8 condensateurs.

Nous avons été cherché au Fablab : 8 condensateurs et un breadboard.

Référence capteurs à commander :

https://fr.rs-online.com/web/p/capteurs-de-temperature-et-d-humidite/8115595

Semaine 7 :

On a commandé les thermocouples et on les attend. en attendant on voit pour le circuit imprimé et on répond à Claude.

on associe chaque couleur du spectre à un câble de cette même couleur.

On a vu qu'il fallait mettre tout les capteurs en dérivations ce qui complexifie le câblage mais rend le traitement de donné plus simple

source :

https://forum.arduino.cc/t/multi-sensor-lm35/584761

La partie du LM35DZ qui détecte la température est appelée "élément sensible", il s'agit d'une petite puce située au centre du boitier en plastique noir.

après avoir fait les tests sur breadboard nous allons réaliser notre propre circuit imprimé qu'on devra réaliser et souder nous même.

Semaine 8 :

On a toujours pas reçu les thermocouples. La première commande n'a pas abouti donc il a fallu en faire une deuxième.

Aujourd'hui, on va s'occuper de la plaque de plexiglass, la couper aux bonnes dimensions si besoin et aussi réaliser son support.

On a été chercher la plaque qu'on a ensuite découpé au laser aux dimensions 40x40 cm. On a modélisé les pieds de support et notre logo.

Prochainement : imprimer le support et la gravure de notre logo.

Semaine 9 :

Mercredi :

On a également fini de designer notre logo (voir photo)

On va maintenant aller lancer la gravure de notre logo et imprimer les supports de notre plaque.

Jeudi :

Echec de l'impression des supports de la plaque...

Vendredi :

Nous avons choisi un code écrit par Claude (cf Le Blog de Claude) mais il est valable que pour un capteur donc nous devons le modifier pour qu'il nous renseigne les températures de nos 6 capteurs.

On a été réalisé une deuxième fois notre gravure qui est meilleure.

Semaine 10 :

Après deux tentatives, on a finalement, au bout de la troisième fois, réussi à graver un logo qui nous convient, avec les bonnes dimensions et le bon matériau.

2 tentatives ratées : 1 trop grande et 1 avec un contraste de couleur trop faible

Réussite !

Après l'échec de la semaine passée, on a aussi finalement réussi à imprimer les pieds de support de notre plaque !

Les supports de notre plaque

"L’infrarouge, d’un autre côté, est un rayon physique caractérisé par une action de chaleur intense et une faible énergie."

"Plus la longueur d’onde IR est courte, plus le radiateur IR est « chaud » et plus sa chaleur est « transmissive », ce qui signifie qu’il peut parcourir de plus grandes distances dans des « faisceaux » plus étroits."

La lampe du projecteur (notre source de lumière) est une lampe halogène, ce qui convient le mieux pour avoir une maximum de rayonnement infrarouge.

Spectre d’une lampe halogène. Il présente une courbe régulière avec une forte proportion de rouge: la température de couleur se situe entre 2800 et 3000°K (lumière chaude). La lampe émet beaucoup de chaleur (rayonnement infrarouge = IR).
Le spectre d’une ampoule incandescente classique est similaire, avec un décalage un peu plus marqué vers le rouge. (https://www.energie-environnement.ch/maison/eclairage-et-piles/1369)

On veut maintenant savoir comment placer les capteurs de températures, c'est-à-dire à quelle distance les uns des autres et surtout pour capter le maximum de température dans le rayonnement IR. Pour cela, on utilise la loi de Bragg (2dsinθ=nλ) pour déterminer à quelle distance placer le capteur pour qu'il reçoive le maximum d'énergie thermique infrarouge.

Calcul pour déterminer la distance couverte par le rayonnement IR le plus important. On en conclut que cette distance est 1,4 fois pour grande que celle couvrant le spectre du visible.

Potentiel capteur plus précis mais plus cher :

+/- 0.1°C

https://fr.farnell.com/ist-innovative-sensor-technology/tsic-501f-to92/capteur-de-temperature-10-a-60/dp/3879373

https://fr.farnell.com/ist-innovative-sensor-technology/tsic-503-to92-5v/capteur-temp-analogique-to92-3/dp/3587031

https://www.ist-ag.com/en/products/digital-temperature-sensor-ic-to93

+/- 0.25°C

https://fr.farnell.com/texas-instruments/lmt86lp/temp-sensor-0-25-deg-c-to-92-3/dp/3124226RL

Semaine 11 :

Les nouveaux capteurs ne sont pas arrivés.

On a décidé de prendre moins de capteurs mais de les placer à des endroits plus stratégiques : témoin, UV, violet, vert, rouge, IR.

On a été prendre une plaque perforée sur lequel faire notre circuit.

On y a placé les capteurs et les condensateurs.

Schéma de notre circuit

faire le vinyle

faire le circuit

tester avec les nouveaux capteurs

Semaine 12 :

On a reçu les nouveaux capteurs de températures.

On a replacé les capteurs sur notre plaquette car le spectre fait maintenant 5 cm.

En effet, on a remarqué que le spectre était de meilleure qualité, c'est-à-dire que les couleurs étaient plus intenses si l'on réduisait la surface d'une face du prisme, on a donc placé une feuille noire sur la face en aval du prisme. Ça induit une réduction de largeur du spectre.

On a été mettre un vinyle blanc sur la plaque au Fablab avec l'aide d'Alexandre. On a utilisé la découpeuse vinyle.

On a pas réussi à faire fonctionner le code avec les nouveaux capteurs

A faire : faire fonctionner le code et faire le circuit

Bibliographie

https://www.mesurex.fr/non-classe/comment-choisir-son-thermocouple/

https://learn.adafruit.com/thermocouple/wiring-a-thermocouple

https://forum.arduino.cc/t/question-sonde-thermocouple-et-larduino/130848/9

https://www.tcsa.fr/thermocouples/thermocouple-patch.html

http://emery.claude.free.fr/arduino-capteur-temperature.html

https://www.carnetdumaker.net/images/montage-de-lexemple-arduino-lm35/

https://www.raspberryme.com/guide-des-capteurs-de-temperature-lm35-lm335-et-lm34-avec-arduino

https://fr.rs-online.com/web/p/capteurs-de-temperature-et-d-humidite/8115595