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.
F=1
T
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 =1
TZT
0
u(t)dt
2.3 Valeur efficace
Elle donne une idée de la puissance du signal.
Ueff =s1
TZT
0
u2(t)dt

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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.
Fest appelé la fondamentale.
Les multiples sont les harmoniques.
Exemple :
S(t) = a0+a1sin(ωt) + a2sin(2ωt) + a3sin(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|

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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 inter-
valle de temps Te permettant de prélever périodiquement le signal. La fréquence
d’échantillonnage est Fe=1
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

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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
une plage +q
2,−q 2