Bilan du groupe sur l’activité ballon, sonde :

Maîtrise d’Excel : juste correct 2,5 / 5

Compte rendu : souvent très insuffisant 2 / 5 argumentation approximative trop souvent incomplet pas bien corrigé à chaque fois pas toujours envoyé à temps

Exploitation des données : 4 / 5 Courbe bien tracées Analyse trop limitée Activité en classe : satisfaisante 4 / 5 surtout pour la nacelle et l’appareil photo

Avant correction finale 12,5 /20 Claire ChevalierMélanie Lubrano

Claire ChevalierMélanie Lubrano

-Construction nacelle-Appareil photo -Capteur de luminosité, généralité-Etalonnage en résistance-Etalonnage en tension-Prévision de la tension en fonction de la courbe d’étalonnage en résistance-Bilan général-exploitation des données:

-courbes générales-zoom sur la courbe-analyse

Mélanie et Claire

Capteur n 02 (ex n°10) de luminosité (capteur de secours utilisé)Construction nacelle.

Sommaire

Certaines diapos sont à reprendre 9,11,12sommaire revu : OK

Certaines feuilles du fichier Excel n’ont pas été corrigées en totalité

Construction de la nacelle

Taille minimal de la nacelle: 30 cm de coté pour un cube

Formes interdites: Formes autorisés:Cordelettes et câbles doivent pouvoir se rompre facilement en cas de chocUtilisation de matériaux légers.Doit pouvoir accéder a son contenu sans avoir a tout démonter.épaisseur du polystyrène recommandé 20mmPiles disposées aux quatre coin de la nacelle.Prévoir une trappe pour l’appareil photo + un trou pour l’objectif.

Schémas pour construction de la nacelle.

3/03/10 découpage de du polystyrèneAssemblage de 3 faces.

Sommaire

Appareil photo

Nous utiliserons cet appareil photo (luxya pcs-3001) pour filmer la monté du ballon. Sa mémoire est de 2GB. En mode vidéo, il prend 30 image par seconde (25 fps). Son prix est d’environ 50 euros.

Le 10 Mars. Mélanie.

Placement de l’appareil photo dans la nacelle.

Le principe était de pouvoir placer l’appareil au dernier moment, après avoir lancé le film tout en gardant l’étanchéité de la nacelle.Les températures en altitude étant très basses, nous devions aussi l’isoler du froid c’est pourquoi nous avons recouvert les paroi de la trappe avec une couverture de survie. De plus un trou pour l’objectif a été percé et recouvert par un film transparent pour conserver l’étanchéité.

Sommaire

Emplacement de l’appareil photo

Nous pouvons utiliser 2 capteurs de luminosité.Le premier sera sur le dessus de la nacelle et recevra une quantité de lumière indépendant de la rotation de la nacelle sur elle même (mais dépend de l’axe de rotation). On pourra ainsi vérifier que la quantité de lumière reçue augmentera à mesure que le ballon va s’élever.Lors du passage dans les nuages, nous pourrons observer une baisse de luminosité.

Le deuxième sera situé sur les cotés de la nacelle, comme ça, nous pourrons étudier son mouvement de rotation de la nacelle. Pour son étalonnage, nous avons disposer le capteur face  à une lumière émise par un vidéo projecteur à côté d'un luxmètre. Pour différentes distance du vidéo projecteur, nous avons relevé l'éclairement en lux indiquée par le luxmètre et la tension mesurée aux bornes de la résistance en série avec le capteur. (Voir schéma)

24/02/10 Sommaire

Nous pouvons nous attendre à l’augmentation de la luminosité lors de la montée du ballon. En effet, la nacelle se rapprochant de plus en plus du soleil, l’éclairement sera plus important. En revanche, lors que le ballon traversera des nuages, nous constaterons certainement une baisse de la luminosité.

L'éclairement d'un objet, correspond à l'ensemble des flux lumineux qu'il intercepte. Son unité est le lux (lx),

C

Com

Source lumineuse

Luxmètre

VCom

v

v

Notre capteur.

Capteur de luminosité

Un capteur de luminosité a la capacité de détecter un rayonnement du domaine optique et de le transformer en signal électrique.

1lux= 1 lumen/m²

Etalonnage en résistance du capteur de luminosité

Cette courbe nous montre que la valeur de la résistance peut nous permettre de déterminer l’éclairement d’un milieu a l’aide du capteur.

Nous pouvons observer que plus la valeur de la résistance est élevée, plus l’éclairement est faible. Le domaine de validité de la fonction est compris entre 72 et 320

Nous cherchons à déterminer quelle sera la valeur de la résistance pour pouvoir étalonner le capteur en tension. Si l’on ne met pas de résistance, la tension au bornes du capteur serai trop élevé et pourrait l’endommager, et cette résistance nous permet de calculer la tension relative à l’éclairement du capteur. Cette résistance permet principalement de répartir la tension entre les bornes de la résistance et les bornes du capteur. Sinon la tension resterais constante. (5V)Nous prenons donc la valeur moyenne de luminosité enregistrée par le capteur, qui est de 150 000 lux, ce qui correspond alors à une résistance d’environ 75

Nous avons donc pris une association de résistance de 10 et 2 résistances de 33 que nous avons monté en série.

Sommaire

33 33 10

Etalonnage en résistanceTension aux bornes du luxmètre Résistance du capteur Eclairemment

Calibre utilisé pour le luxmètre coéf *appliqué U aux bornes du lux R capteuren mV en

50000 1000 300 70 300000 23615250000 1000 250 71 250000 19318750000 1000 200 72 200000 18717650000 1000 140 82 140000 13950950000 1000 100 93 100000 10496650000 1000 57 112 57000 5729750000 1000 58 119 58000 5146750000 1000 55 121 55000 4997150000 1000 50 122 50000 4924850000 1000 35 131 35000 4341950000 1000 24 172 24000 2681450000 1000 15 220 15000 1734450000 1000 10 320 10000 8936

Soudage

Montage

Etalonnage en tension

Tension aux bornes du luxmètre tension aux bornes du capteur Eclairemment

Calibre utilisé pour le luxmètre coéf *appliqué U aux bornes du lux U Ecart relatif

en mV V50000 1000000 0,25 2,97 250000 245744 250000 1000000 0,2 2,87 200000 206112 350000 1000000 0,15 2,7 150000 151379 150000 1000000 0,08 2,3 80000 70888 1150000 1000000 0,06 2,23 60000 62005 350000 1000000 0,1 2,46 100000 96325 450000 1000000 0,05 2,2 50000 58561 172000 10000 2,2 1,68 22000 23134 52000 10000 3 1,8 30000 28296 62000 10000 1,22000 10000 0,9

1 7000 6559 60,9 5000 4988 00,6 2000 2172 9

Cette courbe nous montre que plus l’éclairement est élevé, plus la tension augmente, en effet pour un éclairement de 50000 lux, la tension est environ de 2,0 V.

Lorsque qu’il est de 200000 lux, la tension vaut 3 V.

Nous pouvons voir aussi que le domaine de validité commence à partir de 0,6 V jusqu’à 2,7V environ

On peut aussi prévoir la forme de cette courbe en utilisant la courbe d’étalonnage en résistance( voir page suivante).

Etalonnage en tension du capteur de luminosité

C

Com

Source lumineuse

Luxmètre

VCom

v

v

R75

G

Sommaire

+

-

5V

Etalonnage du capteur:Pour son étalonnage, nous avons disposer le capteur final face  à une lumière blanche émise par un vidéo projecteur à côté d'un luxmètre. Pour différentes distance du vidéo projecteur, nous avons relevé l'éclairement en lux indiquée par le luxmètre et la tension mesurée aux bornes de la résistance en série avec le capteur.

vVV

Com

R=75 RC

V

+ -

COMV

Tension aux bornes du générateurUG= 5,0V

Tension aux bornes de le résistanceUR=R*I

Tension aux bornes du capteurURC= I*RC

Tension aux bornes du générateurUG= I*(R+RC)=UR+URC

URC/UG = R/ (R+RC) URC/5= 75 / (75+Rc)

URC=5,0*75/(75+RC)

5V

UR URC

UG

Tension U aux Etalonnage en résistancebornes du luxmètre Résistance R du capteur Valeur de la Valeur de la resistance

en mV en Eclairement resistance du capteur Tension Tension prévisible300 70 300000 236152 75,00 145,0 2,41 2,59250 71 250000 193187 75,00 146,0 2,43 2,57200 72 200000 187176 75,00 147,0 2,45 2,55140 82 140000 139509 75,00 157,0 2,61 2,39100 93 100000 104966 75,00 168,0 2,77 2,2357 112 57000 57297 75,00 187,0 2,99 2,0158 119 58000 51467 75,00 194,0 3,07 1,9355 121 55000 49971 75,00 196,0 3,09 1,9150 122 50000 49248 75,00 197,0 3,10 1,9035 131 35000 43419 75,00 206,0 3,18 1,8224 172 24000 26814 75,00 247,0 3,48 1,5215 220 15000 17344 75,00 295,0 3,73 1,2710 320 10000 8936 75,00 395,0 4,05 0,95

Prévision de la tension en fonction de la courbe d’étalonnage en résistance

A partir de la courbe d’étalonnage en résistance, on peut déterminer la tension aux bornes de notre capteur. On a déterminé la tension totale qui est la somme des tensions aux bornes du capteur et de la résistance de 75 à l’aide de la loi d’Ohm.

Sommaire

G

Dans la nacelle, notre capteur sera positionné sur l’une des quatre faces horizontales , fixé dans une petite trappe de la taille de notre capteur.

Les brillantes chercheuses qui ont accomplies ce travail : Claire Chevalier et Mélanie Lubrano di Scandalea

Capteur n°2 bis, de luminosité de secours

E (lux) U (V)50000 2,2

100000 2,46150000 2,7200000 2,87250000 2,97

Capteur de luminosité:Type résistif.Réagissant à la lumière.Luminosité ambiante: tension de l’ordre de 0.25 VA l’obscurité totale: tension de l’ordre de 0.2V

Sommaire

Où était précisément votre capteur dans la nacelle? Voir position du capteur de température remplacé.Pourquoi n’avez-vous pas pris de photo ? Notre capteur à été mis au dernier moment c’est pourquoi nous n’avons pas de photo. Il était situé sur un coté de la nacelle

Il faut alors récupérer la photo prise pour le capteur qu’il a remplacé.

La courbe représentant les mesures de notre capteur de luminosité est la rouge.

Nous avons 2 parties de courbes a interpréter. En effet, au delà de 13h14, le tension devient régulière et ne cesse d’augmenter ce qui signifie que l’intensité de l’éclairage est de plus en plus élevé.

Exploitation des donnéesCourbes représentant les mesures effectuées par tous les capteurs lors de l’expérience.

Titre satisfaisant maintenant

Exploitation des données

En zoomant, nous pouvons observer des oscillations. En effet, notre capteur étant situé sur un des bords de la nacelle, la luminosité varie en fonction de la rotation de la nacelle. Sur ce zoom, nous voyons que la majorité des points sont situés en bas de la courbe, nous pouvons donc conclure que le capteur se trouvait non exposé à la lumière.Durant les premières minutes de l’expérience, nous remarquons que la luminosité ne cesse d’augmenter. En effet cela correspond à l’ascension de la nacelle.

Zoom

Titre à revoir

Le changement de titre apparaît sur Excel mais pas sur ce fichier

Cette courbe apparaît maintenant sur pas sur le fichier Excel.

Bien visible maintenant

E c lairement E en fonc tion du temps t

0

20000

40000

60000

80000

100000

120000

140000

0 2000 4000 6000 8000 10000

t(s )

E (lux)

Nous pouvons voir sur la courbe 1, la variation d’altitude de la nacelle. En effet l’altitude augmente fortement jusqu’à 12h03 pour ensuite augmenter plus légèrement jusqu’à 12h41 et enfin diminuer d’un coup.

La courbe 2 représente les variations de l’éclairement au cour du temps. Nous pouvons observer que durant les dernières minutes il y a un pic de luminosité.

Courbe 2

L 'altitude z en fonc tion du temps t

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

t(s )

z (km)

Courbe 1

Exploitation des données (suite)

L’éclairement minimum ne varie, pas il reste stable, en revanche; l’éclairement maximum varie.L’éclairement minimum est à environ 15000 lux, et l’éclairement maximum varie de 80000 à 135000 lux.

OK pour l’évolution

Ces 2 courbes ci-dessus auraient peu être superposées