Corrections_pour_2H_files/Corrigé TP signaux périodiques

Correction TP 16 : Les signaux périodiques
Détection et caractéristiques
1) Étude documentaire :
En médecine, comme dans d’autres domaines, les signaux périodiques revêtent une importance particulière.
L’enregistrement des battements cardiaques, appelé électrocardiogramme, révèle la nature périodique de ce phénomène :
à intervalles réguliers les pulsations cardiaques se reproduisent identiquement… quand tout va bien ! Son analyse fine
permet de détecter des anomalies. Par exemple, une tachycardie est diagnostiquée si le rythme cardiaque est supérieur à
120 battements par minute, soit une fréquence cardiaque de 2 Hz, alors que le rythme normal est de 70 battements par
minute.
1) Tenter de donner une définition la plus précise et générale possible de « phénomène périodique ». Donner des
exemples de phénomènes périodiques très différents les uns des autres = phénomène qui se répète identique au
bout d’un certain temps: par ex la rotation de la Terre autour du Soleil en 365 jours, signal électrique du secteur
(50 Hz) , essorage de la machine à laver (1000 tours/min)
2)
Définir la « période » d’un signal. Quelle est son unité officielle ? Temps de la répétition notée T. Exemple : la
période de rotation de la Terre autour du Soleil est T=365 jours. L’unité officielle est la seconde.
3)
Définir la « fréquence » d’un signal. Quelle est son unité officielle, à quoi correspond-elle ? nombre de répétitions
en une seconde en Hertz : 1 Hz = 1 répétition par seconde. On la note f
4)
Calculer la fréquence cardiaque normale humaine dans l’unité officielle de fréquence 70 battements par min =
70/60=1,17 battements pas seconde donc f=1,67 Hz.
5)
Quelle relation mathématique simple y a-t-il entre la fréquence et la période ?
f=
1
T
ou T =
1
f
2) Visualisation de signaux électriques périodiques à l’oscilloscope.
1) Manipulation et réglages





Mettre le GBF et l’oscilloscope sous tension.
Régler le GBF sur une fréquence de 500 Hz (ne toucher à aucun autre réglage).
Relier les deux appareils par des fils de connexion.
Régler l’oscilloscope à l’aide des deux boutons « V/div » et « ms/div » de manière à obtenir à l’écran un signal exploitable
avec au moins deux motifs (ce qui se répète) à l’écran.
Si le signal ne se stabilise pas, c’est que le bouton « V/div » n’est pas correctement réglé. Si le problème persiste,
utiliser le bouton « level ». Aucun autre bouton ne doit être touché.
2) Analyse des signaux
a)
b)
c)
d)
e)
Après vérification par le professeur, dessiner ci-contre, très
soigneusement, l’aspect du signal visualisé à l’écran.
Repasser en couleur le motif du signal.
Le bouton « ms/div » s’appelle « base de temps. Noter sa
valeur :
Déterminer la période du signal en posant très clairement le
calcul.
Calculer sa fréquence et vérifier qu’on retrouve bien 500 Hz
environ.
f) Si on change le réglage de la base de temps, la période change-t-elle ? Expliquer.
g) Le bouton « V/div » s’appelle « sensibilité verticale ». A quoi sert-il ? Comment le régler correctement ?
3) Signaux électriques enregistrés en médecine
1) Électrocardiogramme (ECG).
a)
Que signifient les indications « 25 mm/s » et « 10 mm/mV » ?
« 25 mm/s » signifie que le papier avance de 25 mm en une seconde. Cette indication permet donc d’avoir un
temps à partir d’une mesure en cm sur le papier. C’est une échelle de correspondance entre une longueur et un
temps.
« 10 mm/mV » signifie déviation de 10 mm du signal (en vertical) correspond à une tension de 1 mV. C’est une
échelle de correspondance entre une longueur et une tension électrique.
b)
Déterminer la fréquence cardiaque du patient.
Sur le document, on repère 5 motifs en 18 cm = 180 mm, donc 1 motif en 36 mm. La période est donc 36/25=1,44
s qui correspond à une fréquence de 1/1,44=0,69 Hz ou 41 battements par min.
c)
Le rythme cardiaque est-il normal ?
Le texte d’introduction disait que le rythme cardiaque normal est à environ 70 battements par minute. Ce
rythme est donc trop faible (ou alors c’est un sportif de haut niveau qui bat très lentement !)
d)
Pour déterminer l’amplitude du signal, comment définir la ligne de référence ? Déterminer l’amplitude.
La ligne de référence est la ligne rouge tracée ci-dessus.
La tension maximum est donc environ 1mV et la minimum 1,5 mV, ce qui fait une amplitude crête à crête de 2,5
mV.
2) Électroencéphalogramme (EEG)
a)
Que représentent les différentes courbes
obtenues sur le même patient ?
Les courbes correspondent à l’enregistrement
lorsque le patient est éveillé, détendu, somnolent,
endormi et en sommeil profond.
b)
Que déduire de ces courbes ?
Le cerveau n’a pas la même activité pendant les
différentes phases de sommeil.
c)
Les phénomènes observés sont-ils périodiques ?
Nuancer la réponse pour l’un des signaux au moins
et proposer un début d’interprétation à cette
observation.
Aucun des signaux n’est périodique, mais le plus
proche d’un signal périodique est le n°2.
d) Lorsque cela est possible évaluer la fréquence du
signal.
Sur le signal n°2, on mesure environ 10 motifs en
1s (voir la double flèche en rouge) ce qui
correspond à 1T=0,1 s donc f=10Hz.