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 cours : capteurs 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 cours : capteurs • 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