Cours : Capteurs

Cours : Capteurs
BO STI2D Terminale :
Transport - Capteurs
Notions et contenus
Capacités exigibles
Mesure des grandeurs
physiques dans un dispositif de
transport.
- Citer quelques exemples de capteurs et de détecteurs utilisés dans un dispositif de
transport.
- Préciser les grandeurs d’entrée et de sortie ainsi que le phénomène physique auquel
la grandeur d’entrée est sensible.
- Distinguer les deux types de grandeurs : analogiques ou numériques.
- Interpréter le spectre d’un signal périodique : déterminer la fréquence du
fondamental, déterminer les harmoniques non nuls.
- Mettre en œuvre expérimentalement une chaîne de mesure simple (conditionneur
de capteur, conditionneur de signal, numérisation, etc.)
1
Document : Capteur de pluie
2
Signaux périodiques
2.1
Fréquence-période
La période d’un signal est la durée T qu’il faut au signal pour se répéter à
l’identique. La fréquence correspond au nombre de période par seconde.
1
T
F =
Avec :
F la fréquence en Hertz (Hz)
T la période en seconde (s)
2.2
Valeur moyenne
Il s’agit de la composante continue d’un signal. Pour une tension :
Umoy
2.3
1
=
T
Z
T
u(t)dt
0
Valeur efficace
Elle donne une idée de la puissance du signal.
s
Z
1 T 2
Uef f =
u (t)dt
T 0
cours : capteurs
2.4
Spectre d’un signal
Tout signal périodique de fréquence F peut se décomposer en une somme de
signaux sinusoïdaux contenant des multiples de la fréquence F .
F est appelé la fondamentale.
Les multiples sont les harmoniques.
Exemple :
S (t) = a0 + a1 sin(ωt) + a2 sin(2ωt) + a3 sin(3ωt) + . . .
3
Traitement du signal
3.1
Amplification
Souvent le signal issu d’un capteur doit être amplifié.
On définit le gain :
G = 20 log |A|
2
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3.2
Filtrage spectral
Le signal issu d’un capteur peut être parasité. Afin de supprimer les parasites,
il est possible d’appliquer une opération de filtrage spectral sur le signal.
• Filtre passe bas : Conserver les basses fréquences (en dessous de la fréquence
de coupure) et élimine les hautes fréquences.
• Filtre passe haut : Conserver les hautes fréquences (au dessus de la fréquence
de coupure) et élimine les basses fréquences.
• Filtre passe bande : Conserve une bande de fréquence autour d’une fréquence
centrale.
4
Numérisation d’un signal
Échantillonnage
Une signal analogique doit d’abord être échantillonné. On définit un intervalle de temps Te permettant de prélever périodiquement le signal. La fréquence
1
d’échantillonnage est Fe =
.
Te
Critère de Shanon
Un échantillonnage se fait sans perte d’information sur les fréquences si
la fréquence d’échantillonnage est supérieur au double de la fréquence
maximal du signal.
Fe ≥ 2 · Fmax
4.1
Quantification
La quantification est réalisé à l’aide d’un convertisseur analogique-numérique.
Une tension est converti en un nombre binaire codé sur N bits.
• Le quantum, noté q est la variation minimal : q =
Smax
2N
3
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• La quantification introduit une erreur d’autant plus petite que N est grand, une
même valeur binaire contient les valeurs du signal analogique comprise dans
q
q
une plage + , −
2
2
4