MASTER CSER Cours d`Instrumentation

Version du 31 octobre 2005
Université de Versailles Saint-Quentin
MASTER CSER
Cours d’Instrumentation
(CSER2 - 105)
2005-2006
Luc Chassagne
Chapitres : 1 – Position des problèmes
2 – Amplificateurs d’instrumentation
3 – Systèmes d’isolement
4 – Analyseur de spectre
Documents associés : Manuel de Travaux pratiques

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TABLE DES MATIÈRES
..............................................................................................................................................1
CHAPITRE 1 .........................................................................................................................................................4
POSITION DES PROBLÈMES ...........................................................................................................................4
1. INTRODUCTION.....................................................................................................................................4
2. QUELQUES EXEMPLES.........................................................................................................................5
2.1. Fort offset inutile..............................................................................................................................5
2.2. Problème d’alimentation et de masse ..............................................................................................6
2.3. Instabilités de la mesure...................................................................................................................7
3. CONCLUSIONS .......................................................................................................................................8
CHAPITRE 2 .........................................................................................................................................................9
AMPLIFICATEURS D'INSTRUMENTATION ................................................................................................9
1. DÉFINITION ET PROPRIÉTÉS...............................................................................................................9
1.1. Définition .........................................................................................................................................9
1.2. Propriétés - TRMC.........................................................................................................................10
1.3. Réalisations pratiques....................................................................................................................11
NOTE : L’ENSEMBLE DE CES MONTAGES EST DÉTAILLÉ EN TD ...............................................................................14
CONCLUSIONS...............................................................................................................................................15
CHAPITRE 3 .......................................................................................................................................................16
SYSTÈMES D’ISOLEMENT.............................................................................................................................16
1. DÉFINITION ET PROPRIÉTÉS.............................................................................................................16
1.1. Utilisations.....................................................................................................................................16
1.2. Symbole..........................................................................................................................................17
1.3. Propriétés.......................................................................................................................................17
2. ISOLATION PAR TRANSFORMATEUR.............................................................................................19
2.1. Principe..........................................................................................................................................19
2.2. Réalisation .....................................................................................................................................19
3. ISOLATION PAR COUPLAGE OPTIQUE ...........................................................................................21
3.1. Principe..........................................................................................................................................21
3.2. Réalisation .....................................................................................................................................21
4. CONCLUSIONS .....................................................................................................................................22

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CHAPITRE 4 .......................................................................................................................................................23
ANALYSEUR DE SPECTRE.............................................................................................................................23
1. INTRODUCTION...................................................................................................................................23
2. DIFFÉRENTS TYPES D’APPAREILS ..................................................................................................24

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CHAPITRE 1
POSITION DES PROBLÈMES
1. INTRODUCTION
Dans une chaîne de mesures classique – représentée Figure 1 – on appelle communément
conditionnement du signal, la partie qui succède directement au capteur, avant un traitement
du signal analogique ou numérique plus complet. Si le système comporte plusieurs capteurs, il
est important que le signal de chacun soit exploité au mieux. Le capteur transforme une
grandeur physique en un signal électrique, courant ou tension. Il est important d’obtenir ce
signal avec le meilleur rapport signal à bruit possible, quel que soit l’environnement. La partie
conditionnement du signal concerne le traitement immédiat du signal, au plus près du capteur.
Elle est inévitablement analogique. Sans vraiment parler d’amplification ou de filtrage, elle
comporte souvent une pré-amplification, une mise en valeur du signal par rapport au bruit,
une isolation par rapport aux perturbations qui permettent ensuite de transporter le signal vers
des systèmes de traitement plus complexes.
Capteur 1
Conditionnement du
signal 1
Traitement du signal
global et complexe
Capteur n
Conditionnement du
signal n
…..
Figure 1 : Chaîne de mesure
Certains types de problèmes classiques existent, et des composants dédiés ont été développés.
La suite du premier chapitre donne quelques exemples et la suite du cours quelques solutions.

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2. QUELQUES EXEMPLES
2.1. Fort offset inutile
Le premier cas fréquemment rencontré consiste en l’exploitation d’une tension alternative de
très faible amplitude qui est superposée avec un signal continu qui ne porte pas d’information
utile.
Prenons l’exemple d’une tension utile alternative de 100 µV superposée avec une tension
continue de 1 V. On ne peut pas directement amplifier le signal car les amplificateurs
satureraient très rapidement à cause de la tension continue, et le signal utile serait
inexploitable. Dans notre exemple, un gain de 20 donnerait 2 mV utile superposé à 20 V
continu. Si l’on considère un système à amplificateur opérationnel classique alimenté en
± 15 V, le signal atteint la tension de saturation et devient sans intérêt.
Les possibilités pour s’en affranchir sont multiples. Il n’y a pas de solution universelle, le
choix se fait selon le système. On peut néanmoins distinguer les cas suivants :
9 un signal alternatif superposé à une forte tension continue liée par exemple à une
polarisation. Plusieurs exemples courant tels : un signal optique issu d’une
photodiode polarisée, un petit signal superposé à une tension de polarisation d’un
transistor.
Une première solution est d’utiliser un filtre passe haut pour supprimer la partie
continue. Attention toutefois si les signaux utiles ont des composantes basses
fréquences cela peut s’avérer délicat à mettre en œuvre.
Une seconde solution consiste à mettre en œuvre un montage soustracteur. On
retranche une tension de référence afin de recentrer le signal autour d’une tension
moyenne nulle. Toutefois si la partie continue du signal évolue dans le temps cela
peut amener des fluctuations difficiles à maîtriser à moins de les mesurer en temps
réel pour les compenser.
9 un signal utile qui est une tension différentielle mesurée entre deux points eux-mêmes
à un potentiel continu assez élevé. Le meilleur exemple est le cas du pont de
Wheastone polarisé par une tension V0 comme illustré Figure 2.
+
V
0
V
A
V
B
Figure 2 : Exemple du pont de Wheastone polarisé