Acquisition de la grandeur physique - Jean

Acquisition de la grandeur
physique
La chaîne d’information

Table des matières
1. Préambule............................................................................................................................................................... 3
1.1. Définitions ....................................................................................................................................................... 3
2. La chaîne d’acquisition ........................................................................................................................................... 4
2.1. Constitution .................................................................................................................................................... 4
2.2. Performances globales : ................................................................................................................................. 5
3. Classification des signaux ....................................................................................................................................... 6
3.1. Signal analogique ............................................................................................................................................ 6
3.2. Signal numérique ............................................................................................................................................ 6
4. Les capteurs ............................................................................................................................................................ 6
4.1. Définition : ...................................................................................................................................................... 7
4.2. Les types d’erreurs ......................................................................................................................................... 7
5. Les différentes familles de capteurs ....................................................................................................................... 8
5.1. Les capteurs actifs .......................................................................................................................................... 8
5.2. Les capteurs passifs ........................................................................................................................................ 9
5.3. Principe de fonctionnement ........................................................................................................................... 9
5.3.1. Effet piézoélectrique............................................................................................................................... 9
5.3.2. Capteur de force ..................................................................................................................................... 9
5.3.3. Capteur de pression .............................................................................................................................. 10
5.3.4. Capteur d’accélération ......................................................................................................................... 10
5.3.5. Récepteur à ultrason ............................................................................................................................ 10
5.3.6. Capteur à effet Hall ............................................................................................................................... 10
5.3.7. Capteur à effet photoélectrique ........................................................................................................... 12
5.3.8. Capteur à résistance variable par déformation .................................................................................... 13
5.3.9. Capteurs de température ..................................................................................................................... 16
5.4. Caractéristiques métrologiques.................................................................................................................... 17
5.4.1. Étendue de la mesure ........................................................................................................................... 17
5.4.2. Températures ....................................................................................................................................... 17
5.4.3. Environnement ..................................................................................................................................... 17
5.4.4. Résolution ............................................................................................................................................. 18
5.4.5. Caractéristique d’entrée sortie d’un capteur ....................................................................................... 18
5.4.6. Sensibilité .............................................................................................................................................. 18
5.4.7. Finesse .................................................................................................................................................. 18
5.4.8. Linéarité ................................................................................................................................................ 18
5.4.9. Rapidité ................................................................................................................................................. 19

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5.4.10. Caractéristiques statistiques d’un capteur ........................................................................................... 19
6. La conversion analogique numérique .................................................................................................................. 19
6.1. Définition ...................................................................................................................................................... 19
6.2. Caractéristique de transfert ......................................................................................................................... 20
6.3. Quantum q .................................................................................................................................................... 20
6.4. Fonction de transfert N=f(Ve) ....................................................................................................................... 20
6.5. Résolution R .................................................................................................................................................. 20
6.6. Temps de conversion Tc ............................................................................................................................... 20
6.7. Contraintes pour la numérisation des signaux ............................................................................................. 21
7. La conversion numérique analogique .................................................................................................................. 21
7.1. Définition ...................................................................................................................................................... 21
7.2. Caractéristique de transfert ......................................................................................................................... 21
7.3. Quantum q .................................................................................................................................................... 22
7.4. Fonction de transfert Vs=f(N) ....................................................................................................................... 22
7.5. Excursion E .................................................................................................................................................... 22

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1. Préambule
Dans de nombreux domaines (industrie, recherche scientifique, services, ...), on a besoin de contrôler de nombreux
paramètres physiques (température, force, position, vitesse, luminosité, ...). Le capteur est l'élément indispensable
à la mesure de ces grandeurs physiques.
Situation dans le schéma d’un système :
1.1. Définitions
 Capteur :
Dispositif assurant la conversion d’une grandeur physique en une autre grandeur physique, souvent de nature
électrique.
 Sonde :
Dispositif qui, associé à un appareil de mesure, permet le relevé d’une grandeur en perturbant au minimum le
système étudié.
 Mesurande (n.masc) :
C’est la grandeur physique que l’on souhaite connaître.
 Mesurage :
Ensemble des opérations ayant pour but de déterminer la valeur d’une grandeur.
 Mesure (x) :
C'est l'évaluation d'une grandeur par comparaison avec une autre grandeur de même nature prise pour unité.
 Grandeur (X) :
Paramètre qui doit être contrôlé lors de l'élaboration d'un produit ou de son transfert. Exemple : pression,
température, niveau.
Chaîne d’information
TRAITER
ACQUÉRIR
Grandeurs physiques à acquérir
COMMUNIQUER
Ordres
Interface H/M
Autres systèmes ou supervision
Chaîne d’énergie
Énergie d’entrée
ALIMENTER
CONVERTIR
DISTRIBUER
TRANSMETTRE
ACTION
Matière d’œuvre
(M.O)
MO+VA
Puissance
électrique
Puissance
mécanique

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 L’incertitude (dx) :
Le résultat de la mesure x d'une grandeur X n'est pas complètement défini par un seul nombre. Il faut au moins la
caractériser par un couple (x, dx) et une unité de mesure. dx est l'incertitude sur x. Les incertitudes proviennent des
différentes erreurs liées à la mesure.
 Erreur absolue (e) :
Résultat d'un mesurage moins la valeur vraie du mesurande. Une erreur absolue s'exprime dans l'unité de la
mesure :   
 Erreur relative (er) :
Rapport de l'erreur de mesure à une valeur vraie de mesurande. Une erreur relative s'exprime généralement en
pourcentage de la grandeur mesurée.
2. La chaîne d’acquisition
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 est
la conversion en une grandeur électrique.
Représentation par schéma bloc du processus d’acquisition
2.1. Constitution
 Capteur :
Il est l’interface entre le monde physique et 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 : le conditionneur.
 Amplificateur :
Cette étape permet d’adapter le niveau du signal issu du capteur.
 Filtre :
Cette étape permet de limiter le contenu spectral du signal aux fréquences qui nous intéresse. Il permet d’éliminer
les parasites.
Transformer
la grandeur
à mesurer
Mesurande
Capteur
Adapter le signal
Amplifier
Filtrer
Conditionneur
Signal électrique de bas niveau
Signal de mesure
Convertir le
signal
Échantilloneur + CAN
Évolution du
signal
t
t
t
t
Données numériques prêtes à être
traitées