Accéléromètre 2D

Que fait un accéléromètre ?

Accélération : capteur en régime dynamique

Ce capteur est un détecteur de mouvements. Il perçoit l'accélération (donc aussi le ralentissement) de l'objet ou de la main sur lequel il est placé. Il est souvent utilisé fixé au poignet d'un danseur. Pour les mouvements rapides, il sert à détecter le départ et le sens d'un geste puis l'arrêt de ce geste. On le trouve associé à maints projets artistiques :

• Gants interactifs
• Embarqué sur danseur
• Percussions virtuelles
• Capteur de chocs et d'impacts dans des objets : punching ball, coussin, ...
• Performance musicale
• etc...

Inclinaison : capteur en régime statique

Il peut de plus être utilisé en inclinomètre (capteur d'inclinaison) et effectuer mesure d'angle. En effet il est toujours sensible à l'accélération de la pesanteur, qui est une force verticale permanente à la surface de la Terre. L'angle que prend le capteur par rapport à la verticale fait qu'il est plus ou moins sensible à cette accélération constante. Dès qu'il est penché, il perçoit tout ou partie de la gravité terrestre.

INCLINOMETRE = ACCELEROMETRE

Pour les mouvements lents, il permet donc de connaître l'orientation par rapport à la verticale, dans deux directions.

• Danse buto
• Orientation d'un objet à manipuler
• Angle d'un élément en rotation dans un mécanisme (tant que le mouvement est lent)
• Ce type de mesure d'angle ne fonctionne pas en régime dynamique

Nos variantes

Notre version de ce capteur est extrêmement modulable grâce à des réglages de sensibilité et de niveau de départ du signal.

Il peut être utilisé en tant que capteur embarqué sur un danseur ou un acteur, ou bien intégré dans une sculpture ou un décor animé. Embarqué, on le fixe au poignet, à la cheville, voire sur la tête (pour l'inclinaison plutot que pour l'accélération...) ; intégré dans une installation, il peut être dissimulé dans un objet en mouvement, dans une sculpture cybernétique aux mouvements aléatoires, sous une balançoire ou dans un élément qu'un spectateur fait tourner autour d'un axe.

Visualisation de données

Sur cette image, la réception des données est faite en Max MSP.

Données envoyées par le capteur (3axes), ici affichées au cours du temps

Le mouvement capté est une succession de gestes en forme de 8. Nous voyons les axes X (avant/arrière) et Y (gauche/droite) alterner des pics. L'axe Z (haut/bas) montre des oscillations assez faibles par rapport au plan horizontal.

Caractéristiques techniques

Ce capteur ne fait pas plus d'1 cm de hauteur.

Exemple d'application

Détection d'interaction avec des fils tendus

Comparaison de captations de fils tendus - toile d'araignée chez Interface-z

Caractéristiques

• Ce capteur dispose de deux réglages pour chaque axe : sensibilité et niveau de zéro, ce qui permet de le transformer à loisir en accéléromètre très peu dépendant de l'inclinaison ou bien en inclinomètre hyper-sensible.Ces réglages sont explicités plus bas dans la page.
• Il est bien sûr possible d'en mettre plusieurs sur une même personne ou sur un objet. Cependant, en tant que capteur de mouvements rapides, il est mieux de le fixer aux poignets ou aux chevilles, endroits du corps soumis à de fortes accélérations.
• Le nombre de mesures par secondes (voir la page Temps réel) est déterminé par l'interface pour capteurs utilisée. Le capteur lui-même est capable de renvoyer des centaines de réponses par seconde.
• Ce capteur envoie des valeurs analogiques de 0 à 5 Volts, sur toute cette gamme. Cette réponse est répartie sur la résolution associée au protocole utilisée, qui dépend de l'interface à capteurs choisie.
• Consommation : environ 10 mA. C'est peu.
• En inclinaison, il fonctionne sur 360° pour chaque axe.
• La version 2 axes possède deux sorties, ce qui lui permet d'envoyer en même temps les informations concernant chaque axe ; la version 3 axes comporte 3 sorties, avec 3 connecteurs.

Avantages

Nos accéléromètres / inclinomètres sont équipés d'une électronique spécifique dont les buts sont multiples :

• avoir un signal pleine gamme : le signal va de 0 au maximum autorisé par l'interface à capteurs (127 valeurs en Midi classique par exemple, 4096 pas en Midi étendu), quel que soit le réglage de sensibilité choisi. Techniquement, la réponse du capteur est toujours étalée de 0 à 5 Volts. En pratique, cela veut dire qu'il n'y a pas de sensibilité perdue ;
• obtenir un signal débruité et lissé, sans tremblement importun quand le capteur est immobile. Attention, en forte sensibilité, le capteur détecte beaucoup de mouvements, mais n'est néanmoins pas parasité ;
• avoir différentes versions de capteurs en une seule grâce au réglage de sensibilité. En effet cette version du capteur peut être réglée en accéléromètre ou bien en inclinomètre ;
• régler le niveau de repos (le zéro) de chaque axe grâce aux potentiomètres de réglage. Cela permet d'ajuster différemment le capteur selon l'utilisation qu'on en fait, par exemple pour ne capter les impacts que dans un sens sur un axe.

Contraintes

• Ne pas utiliser le circuit imprimé directement en contact avec la peau, ce capteur est prévu pour être protégé par une gaine ou intégré dans un vêtement ou une housse. Le capteur est d'ailleurs fourni gainé. La peau risque de transmettre des microcourants électriques et de provoquer des interférences et des parasitages sur les mesures effectuées par le capteur.
• Lorsque le capteur est réglé de façon très sensible - avec un gain très fort - il capte tous les tremblements et frémissements auxquels il est soumis. Ce n'est pas du parasitage, les données de notre capteur sont très propres, mais le moindre micro-mouvement est mesuré.
• Dans ce dernier cas, il peut s'avérer nécessaire de lisser les données avec un traitement du signal de type moyenne (ou autre) afin de ne pas propager ces petites variations sur l'action associée au capteur. Des exemples de ce type de traitements sont expliqués dans le livre "Traitements de données de capteurs en Art - Programmation temps réel pour l'art interactif".

Réglages

Les potentiomètres ajustables

Chaque axe dispose de deux réglages afin d'ajuster la réponse du capteur à l'utilisation qui en est faite :

• Gain, représentant la sensibilité du capteur aux variations de mouvements ou à l'inclinaison ;
• Zéro, ou niveau de repos, qui la valeur que le capteur donne lorsqu'il est horizontal, à plat, et immobile.

Les réglages de gain se situent du côté des connecteurs à 3 picots.

Les réglages de zéro sont à l'autre bout de la carte, vers le bord.

Le schéma suivant indique le sens de rotation de chaque potentiomètre de réglage.

Accéléro ou inclino ? L'effet du réglage de gain

Ces deux réglages permettent de transformer le capteur en accéléro peu sensible à la pesanteur ou bien en inclinomètre extrèmement sensible à l'inclinaison par rapport à la verticale. Un capteur d'accélération est toujours sensible aussi à l'inclinaison. C'est une caractéristique inhérente à son principe de mesure. L'inclinaison traduit en effet l'accélération de la pesanteur.

En réglage accéléromètre, le capteur est très réactif pour la détection des mouvements rapides, surtout des gestes brusques. Il mesure aussi l'inclinaison mais y est peu sensible. Lorsque le gain augmente, la composante inclinaison augmente. Un réglage moyen donne un inclinomètre pleine course de la verticale dans un sens (-180°) à la verticale dans l'autre (+180°). Un gain maximal donne une très grande sensibilité à l'inclinaison, avec un signal pleine course pour quelques degrès de pente.

Pourquoi ajuster le niveau de repos ?

Les données issues du capteur accéléro / inclino dépendent de l'orientation du mouvement : la réponse est différente si le capteur bouge vers la droite ou vers la gauche, ou vers le haut ou le bas. Pour chaque axe, les données augmentent si le mouvement est dans un sens, elles diminuent dans l'autre sens.

Il est donc possible de filtrer et de sélectionner certains mouvements plutôt que d'autres, en combinant les réglages de gain et de niveau de repos.

• Niveau de repos au milieu : tous les mouvements sont captés et retransmis, il est possible d'analyser le sens des gestes.
• Niveau de repos en bas : seuls les mouvements démarrant dans un sens sont captés. Le gain doit être augmenté pour que la réponse soit pleine gamme.
• Niveau de repos en haut : seuls les mouvements débutant dans le sens inverse sont captés. Le gain doit être augmenté pour que la réponse soit pleine gamme.

Anciennes versions

Principe des réglages de l'ancienne version du capteur :

Axe 1 : le réglage du niveau de zéro est le plus près du connecteur, la sensibilité est le plus loin.
Axe 2 : le réglage du niveau de zéro est le plus loin du connecteur, le gain est le plus près.
Les réglages de gain des deux axes sont côte à côte.
Flèche montante ou descendante : indique le sens de variation du paramètre quand on tourne le potentiomètre dans le sens des aiguilles d'une montre.

Ancienne-ancienne version : Caractéristiques des accéléromètres et inclinomètres d'auparavant, options accéléro, inclino, super-inclino.