ACQUISITION DES GRANDEURS PH YSIQ U ES 1 . La Chaîne d

On analyse les moyens mis en œuvre pour convertir une grandeur physique quelconque en une grandeur
électrique qui est à son image.
Les objectifs de ces acquisitions sont divers :
Opérations de mesurages (domaine de l’instrumentation, du laboratoire)
Contrôle de paramètres de fabrication (domaine du contrôle de processus industriel)
Gouvernabilité d’un système de régulation, d’asservissement. (domaine de l’automatique)
1 . La Chaîne d’Acquisition
1.1 . Structure
A l’heure actuelle, l’Électronique utilise majoritairement des techniques numériques pour le traitement
de l’Information.
Les grandeurs physiques étant analogiques par nature, une chaîne d’acquisition comprend très souvent une
étape de numérisation. Les autres étapes fondamentales sont la captation de la grandeur physique et la
conversion en une grandeur électrique.
On peut représenter une chaîne d’acquisition par le schéma-bloc ci-dessous :
Description des blocs :
Capteur
Il est l’interface entre le monde physique et le monde électrique. Il va délivrer un signal électrique image du
phénomène physique que l’on souhaite numériser. Il est toujours associé à un circuit de mise en forme qu’on
appelle conditionneur.
Amplificateur de signal
Cette étape permet d’adapter le niveau du signal issu du capteur à la chaîne globale d’acquisition.
L’amplificateur utilisé est le plus souvent un amplificateur d’instrumentation. Dans certains cas particuliers,
ce peut être un amplificateur d’isolement, voire un amplificateur à découpage.
Filtre d’entrée
Ce filtre est communément appelé filtre anti-repliement. Son rôle est de limiter le contenu spectral du signal
aux fréquences qui nous intéressent. Ainsi il élimine les parasites. C’est un filtre passe bas que l’on caractérise
par sa fréquence de coupure et son ordre.

L’échantillonneur
Son rôle est de prélever, à chaque période d’échantillonnage (Te), la valeur du signal. On l’associe de manière
quasi-systématique à un bloqueur. Le bloqueur va figer l’échantillon pendant le temps nécessaire à la
conversion. Ainsi durant la phase de numérisation, la valeur de la tension de l’échantillon reste constante
assurant une conversion aussi juste que possible. On parle d’échantillonneur bloqueur.
Le convertisseur analogique numérique (CAN)
Il transforme la tension de l’échantillon (analogique) en un code binaire (numérique).
Les contraintes imposées vont guider son choix : Quelque soit son principe, un CAN est caractérisé par un
temps de conversion, ce qui limite sa cadence de fonctionnement.
Ce schéma bloc peut être complété par une zone de stockage éventuelle.
Elle peut être un support de traitement (DSP, ordinateur…), un élément de sauvegarde (RAM, Disque dur…)
ou encore une transmission vers un récepteur situé plus loin.
Dans les conditions réelles, il faut prendre en compte d’autres contraintes :
- L’environnement, c’est à dire les grandeurs d’influence telles que la température, les vibrations, la
pollution électromagnétique…
- Les exigences facilitant l’exploitation, comme la linéarité de la chaîne…
La conséquence est l’ajout de blocs fonctionnels supplémentaires dans la chaîne : Circuits de linéarisation,
amplificateurs spéciaux, filtres, multiplexeurs…
Performances globales :
Ce qu’on attend avant tout d’une chaîne de mesure, c’est sa justesse ; la grandeur électrique de sortie doit être
l’image la plus exacte possible de la grandeur physique détectée et de ses variations.
La numérisation s’effectuant sur N bits, la précision de la numérisation est limitée à 1 / 2
N
. Il est impératif
que tous les éléments de la chaîne aient au moins cette précision. (En général, on leur impose une précision
double (0,5 / 2
N)
.
Dans certains cas, la rapidité de la chaîne est un paramètre dominant (grandeurs pouvant évoluer très
rapidement comme une pression par exemple). La durée d’une acquisition est essentiellement fixée par la
durée de la conversion analogique-numérique, ainsi que par la cadence de l’échantillonnage.
1.2 . Chaîne de Restitution.
Ce type de chaîne fonctionne dans le sens inverse de la précédente :
Dans le cas d’un système de régulation d’une grandeur, la chaîne de restitution prend naissance dans une zone
de stockage et est chargée, à partir d’un code numérique, de commander un organe de puissance appelé
actionneur.
On peut également en donner un schéma-bloc :

Convertisseur numérique analogique (CNA)
Il effectue l’opération inverse du CAN : Il assure le passage du numérique vers l’analogique en restituant une
tension ou un courant proportionnels au code numérique.
Filtre de sortie
Son rôle est de « lisser » le signal de sortie pour ne restituer que le signal utile. (Il élimine les « marches
d’escalier » qui affectent la grandeur de sortie du CNA). Il a les mêmes caractéristiques que le filtre d’entrée.
Amplificateur de puissance
Il adapte la sortie du filtre à l’actionneur qui constitue sa charge.
1.3 . Acquisition de plusieurs grandeurs.
Dans le cadre d’une chaîne d’acquisition traitant plusieurs capteurs (N) vers une même zone de
stockage, il existe différentes structures qui différent en terme de performances et de coût.
N Capteurs  1 zone de stockage (traitement) numérique
1.3.1 Acquisition séquentielle décalée
Elle se base sur l’utilisation en amont d’un multiplexeur qui va orienter un capteur vers la chaîne unique
d’acquisition. Chaque voie de captation est successivement scrutée :
L’avantage de cette structure est bien évidemment son côté économique. Par contre, il y a un décalage dans le
temps entre les acquisitions. On réservera donc cette structure aux cas ne nécessitant pas une synchronisation
entre les données numérisées. De plus le temps d’acquisition complet est à priori élevé car proportionnel au
nombre de capteurs.
.1.3.2 Acquisition séquentielle simultanée
De manière à avoir des acquisitions « synchrones », on utilise la même structure que précédemment mais en
utilisant des échantillonneurs-bloqueurs (E/B) en amont du multiplexeur.
On est dans une situation d’E/B en tête.

La prise des échantillons s’effectue simultanément ; la conversion est effectuée de manière progressive. Cela signifie que
les E/B assurent un maintien de l’échantillon durant les X acquisitions sans introduire de pertes supérieures à la
résolution du CAN.
Son coût est plus élevé que celui de la technique précédente.
1.3.3 Acquisition parallèle
C’est la structure la plus complète puisqu’elle consiste à disposer X chaînes d’acquisition en parallèle et de les
connecter sur un bus de données commun.
Avec cette structure, il est possible d’effectuer en même temps l’acquisition d’une donnée pendant que l’on en
stocke une autre. De même, toutes les conversions peuvent être simultanées, le stockage s’effectuant après.
Cela permet un gain de temps sur l’acquisition complète.
Cette technique est la plus coûteuse .

Annexe1 : Grandeurs physiques et Unités.
( autres domaines que celui de l’électricité )
NOMS UNITES S.I UNITES LEGALES, HORS S.I
Domaine de la Géométrie :
Longueur ( m ) (mille marin : 1852m)
Aire, superficie ( m
2
) (are : 100m
2
; hectare : 10
4
m
2
)
Volume ( m
3
)
Angle plan ( rad ) (degré, minute, seconde )
Angle solide stéradian ( sr )
Domaine des masses :
Masse (kg ) (carat : 2dg)
Masse linéique (kg/m )
Masse surfacique (kg/m
2
)
Masse volumique (kg/m
3
)
Quantité de matière mole ( mol )
Domaine du temps :
Temps ( s ) (minute, heure, jour, année..)
Fréquence ( Hz )
Domaine de la mécanique :
Vitesse ( m/s ) (kilomètre par heure, nœud)
Vitesse angulaire ( rad/s ) (tour par minute, par seconde)
Accélération ( m/s
2
)
Accélération angulaire ( rad/s
2
)
Force newton ( N )
Moment d’une force ( Nm )
Tension superficielle ( N/m )
Travail, énergie, joule ( J ) (wattheure (Wh), électronvolt (eV))
quantité de chaleur
Intensité énergétique ( W/sr )
Puissance, flux énergétique ( W )
Pression pascal ( Pa ) (bar : 10
5
Pa)
Viscosité dynamique ( Pa s )
Viscosité cinématique ( m
2
/s )
Domaine de la chaleur :
Température kelvin ( K )
Résistance thermique ( K / W )
Capacité thermique ( J / K )
Conductivité thermique ( W / (m.K) )
Domaine de l’optique :
Intensité lumineuse candéla ( cd )
Flux lumineux lumen ( lm )
Éclairement lumineux lux ( lx )
Luminance candéla par m
2
( cd/m
2
)
Vergence mètre
– 1
(dioptrie ( δ ) : 1δ = 1m
-1
)