Chap. 4 - LycOrsayPhy

Chap. 4 : Des signaux électriques
périodiques dans les êtres vivants …
A quoi pensez-vous ?
Quels sont les caractéristiques du résultat d’un
électrocardiogramme (ECG) ?
1) Déterminer les caractéristiques d’un signal périodique
a) Phénomènes périodiques
Connaissez-vous des phénomènes périodiques ?
u(t) en
V
1
0
50
100
t en
ms
Doc. 1.
Un phénomène est dit périodique quand …
1) Déterminer les caractéristiques d’un signal périodique
a) Phénomènes périodiques
Connaissez-vous des phénomènes périodiques ?
u(t) en
V
1
0
50
100
t en
ms
Doc. 1.
Un phénomène est dit périodique quand …
1) Déterminer les caractéristiques d’un signal périodique
a) Phénomènes périodiques
u(t) en V
5
t en ms
0
100
Doc. 2.
Doc. 1.
Lorsqu’un phénomène ne se reproduit pas strictement …
b) Période T et fréquence F
La période T est …
Son unité principale, dans …
La fréquence F est …
Son unité principale, dans …
Exemple 1 : On mesure un rythme cardiaque à 72
battements/min.

Quelle est la valeur de la période ?

En déduire celle de la fréquence.
La fréquence est donc …
Soit …
Exemple 2 : Sur une vidéo, 25 images défilent par seconde.

Quelle est la valeur de la fréquence F ?

En déduire celle de la période T.
c) Tension maximale Umax et tension minimale Umin
Pour une tension périodique u(t), la tension maximale Umax …
La tension minimale Umin est …
Pour une tension dite «symétrique», on a …
Umax est alors appelée …
u(t)
en V
1
0
50
100
t en
ms
c) Tension maximale Umax et tension minimale Umin
u(t) en
V
1
0
0
50
Doc. 3.
100
t en ms
2) Un générateur de tension périodique (GBF).
Les générateurs de tensions périodiques utilisés en Sciences
Physiques s’appellent des « Générateurs Basse Fréquence » soit
« GBF » tel que celui-ci.
• Régler ce GBF afin qu’il délivre une tension sinusoïdale
(bouton 3 à choisir) de fréquence F’  170 Hz (bouton 1 et
10 à régler), l’amplitude (appelée aussi tension maximale)
étant à une valeur « milieu d’échelle » grâce au bouton 7
« LEVEL ».
On peut visualiser la tension délivrée par ce GBF sur un écran d’ordinateur à l’aide d’une
interface d’acquisition comme « sysam » (voir photo ci-contre) :
Bornes pour EA0
Cette interface a besoin du logiciel « mesures électriques » pour être pilotée.
Consignes pour l’utilisation des ordinateurs et de l’interface :
 Ecrire son nom et sa classe dans le cahier ;
 Se « loguer » au réseau avec l’identifiant d’un des 2 élèves ;
 Ouvrir le logiciel d’acquisition « mesures électriques » dont un raccourci se trouve sur le bureau.
 Vérifier que l’interface est bien alimentée et reliée à l’ordinateur par le câble USB.
Bornes pour EA0
On utilisera la voie EA0 de l’interface : Brancher le GBF directement sur la voie EA0 en
respectant les couleurs de fils : le fil rouge sur la borne rouge, le noir sur la borne noire
de masse.
Il faut maintenant configurer le logiciel de mesure :
• La tension délivrée par le capteur sera comprise entre – 10 V/ + 10 V ;
• Entrer la durée d’acquisition … Quelle valeur proposez-vous ?
• Prendre un nombre de points important ( 1000 pts).
Démarrer l’acquisition.
 Mesurer avec précision la période T grâce à l’icône :
mesurer l’écart sur abscisse
correspondant à plusieurs périodes (afin de gagner en précision) et en déduire la valeur d’une
période.
• En déduire la valeur de la fréquence F en Hz et comparer cette valeur à la fréquence
F’ affichée sur le GBF à l’aide de cette formule |F – F’|/F’ 100.
 Mesurer les valeurs des tensions maximale (Umax) et minimale (Umin).
 Faire une nouvelle acquisition en changeant la valeur du bouton « Level ». Quel
est le paramètre ainsi changé ?
 Faire de même en changeant la tension délivrée par le GBF : tension rectangulaire de
fréquence  5000 Hz.
 Quelle durée d’acquisition faut-il entrer afin de visualiser 5 périodes ?
 Prendre ensuite une tension triangulaire. Mêmes questions.
3) Réaliser et exploiter l’enregistrement d’un rythme
cardiaque
Activité 2 : Mesure du rythme cardiaque.
Comment prend-t-on ses « pulsations » (ou son « pouls ») en EPS ?
Au niveau de
l’artère radiale.
Au niveau de
l’artère carotide.
3) Réaliser et exploiter l’enregistrement d’un rythme
cardiaque
Activité 2 : Mesure du rythme cardiaque.
On se servira d’un capteur piézoélectrique qui transforme une
pression (celle ressentie lors d’une mesure avec ses doigts) en
une tension électrique qui sera enregistrée par la voie EA0 de
l’interface d’acquisition « sysam ».
Pression
p(t)
Tension
électrique
u(t)
3) Réaliser et exploiter l’enregistrement d’un rythme
cardiaque
Activité 2 : Mesure du rythme cardiaque.
Débrancher le GBF de l’interface et brancher les fils du
capteur directement sur la voie EA0 : un fil sur la borne
rouge, l’autre sur la borne noire de masse.
3) Réaliser et exploiter l’enregistrement d’un rythme
cardiaque
Il faut maintenant configurer le logiciel de mesure :
 La tension délivrée par le capteur sera comprise entre - 0,1 / + 0,1 V ;
 Entrer la durée d’acquisition … Quelle valeur proposez-vous ?
 Prendre un nombre de points important ( 1000 pts).
3) Réaliser et exploiter l’enregistrement d’un rythme
cardiaque
Placer le capteur piézoélectrique en appuyant légèrement sur votre
poignet ou sur votre carotide. Démarrer l’acquisition.
 Réaliser plusieurs essais jusqu’à obtenir un signal pseudopériodique.
 Mesurer avec précision la période T grâce à l’icône .
En déduire la valeur de la fréquence en Hz puis en « pulsation par
minute » du signal obtenu.
V1 (V)
0,14
0,12
0,1
0,08
0,06
0,04
0,02
2
4
6
8
10
t (s)
Activité 1 : Caractéristiques des signaux utilisés dans des examens médicaux.
L’électrocardiogramme (doc. 5), l’électroencéphalogramme (doc. 6) et l’audiogramme
(doc. 7) sont des techniques qui aident les médecins à établir leurs diagnostics.
COEUR : CARDIOLOGUE
1. Quels sont les organes
concernés par les examens cités
ci-dessus et les spécialités
médicales correspondantes ?
5
CERVEAU : NEUROLOGUE
6
OREILLE : OTO-RHINO-LARYNGOLOGIE
7
Activité 1 : Caractéristiques des signaux utilisés dans des examens médicaux.
L’électrocardiogramme (doc. 5), l’électroencéphalogramme (doc. 6) et l’audiogramme
(doc. 7) sont des techniques qui aident les médecins à établir leurs diagnostics.
5
2. a. Quelles sont les grandeurs
placées en abscisse et ordonnée
pour ces différents signaux.
6
7
EN ABSCISSE : Le TEMPS
Activité 1 : Caractéristiques des signaux utilisés dans des examens médicaux.
L’électrocardiogramme (doc. 5), l’électroencéphalogramme (doc. 6) et l’audiogramme
(doc. 7) sont des techniques qui aident les médecins à établir leurs diagnostics.
EN ORDONNEE : La TENSION ELECTRIQUE
5
2. a. Quelles sont les grandeurs
placées en abscisse et ordonnée
pour ces différents signaux.
6
7
Activité 1 : Caractéristiques des signaux utilisés dans des examens médicaux.
L’électrocardiogramme (doc. 5), l’électroencéphalogramme (doc. 6) et l’audiogramme
(doc. 7) sont des techniques qui aident les médecins à établir leurs diagnostics.
PERIODIQUE
5
APERIODIQUE
6
PERIODIQUE
7
b. Quels sont, parmi les signaux
ci-dessus, ceux qui sont
périodiques ?
Activité 1 suite: Caractéristiques des signaux utilisés dans des examens médicaux.
L’électrocardiogramme (doc. 5), l’électroencéphalogramme (doc. 6) et l’audiogramme
(doc. 7) sont des techniques qui aident les médecins à établir leurs diagnostics.
T1
c. Repérer, puis mesurer la
période de ces signaux.
T1
T1
5
6
T2
T2
7
Activité 1 suite: Caractéristiques des signaux utilisés dans des examens médicaux.
L’électrocardiogramme (doc. 5), l’électroencéphalogramme (doc. 6) et l’audiogramme
(doc. 7) sont des techniques qui aident les médecins à établir leurs diagnostics.
T1
5T1
c. Repérer, puis mesurer la
période de ces signaux.
T1
T1
5
0,2 s

0,5 cm
5T1

… cm
6
T2
T2
7
7T2
3 ms

… cm
7T2

… cm
T1
d. Calculer les fréquences
de ces signaux.
T1
T1
5
6
T2
T2
7