I- INTRODUCTION - acquérir les informations (sur la chaîne d

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Thèmes associés
A
1
B
11
C
11
D
1
AF1 R1 E1 E8 E11 E13 E4 E5 I3 I1 I6 I12 A
2
B
12
C
12
D
2
AF2 R2 E2 E9 E12 E18 E7 E6 I4 I2 I7 B
21
C
21
AF3 R3 E3 E10 E15 E19 E16 I5 I11 I8 B
22
C
22
R4 E14 E17 I13 I9 B
31
C
23
R5 I10 B
32
C
24
R6 B
41
R7 B
42
R8 B
51
R9 B
52
08-09 SI CI9 Capteurs Lycée Chevalier d’Eon - Tonnerre 1/7
I- INTRODUCTION
Si on s’intéresse à la chaîne de traitement de l’information, on peut la décomposer en 3
grandes fonctions à réaliser :
- acquérir les informations (sur la chaîne d’énergie, ou venant de l’homme) ;
- traiter ces informations afin d’en faire des ordres pour la chaîne d’énergie .
- Communiquer les ordres à la chaîne d’énergie ou à l’homme.
En ouvrant la première fonction, qui est acquérir, on peut se rendre compte que le système
doit transformer la grandeur physique issue de la chaîne d’énergie ( mesurande ) (ou de l’homme)
en une grandeur mesurable . C’est le capteur qui réalise cette fonction.
Ensuite, le système doit conditionner cette grandeur afin de la rendre exploitable par la
fonction traiter les informations. Cette fonction de conditionnement peut être intégrée au
capteur (selon le niveau d’intégration du capteur).
Puis, le système d’acquisition doit communiquer ce signal à la fonction traiter.
Les grandeurs d’influence correspondent aux grandeurs physiques extérieures qui peuvent
influencer (fausser) la mesure.
II- RAPPEL : DEFINITIONS DES SIGNAUX
Parmi les différents capteurs que nous pouvons trouver dans un système, nous pouvons
citer les capteurs : (Cf. Cours de 1
ère
).
- TOR
- Numériques
- Analogiques
? Grandeurs
Physiques,
Con
signes
? Images
informationnelles
utilisables
Informations
traitées
Ordres,
Messages
Grandeurs
d’influence
Grandeurs
physiques à
mesurer,
Mesurande
Grandeurs
physiques
mesurables
Signal de mesure
transmissible
Grandeur physique image de
la grandeur physique
d’entrée

08-09 SI CI9 Capteurs Lycée Chevalier d’Eon - Tonnerre 2/7
II-1-Signal analogique :
Un signal est dit analogique si l’amplitude de la grandeur porteuse peut prendre
une infinité de valeurs dans un intervalle donné . C’est une fonction continue du temps. La
grandeur analogique est représentative d’une tension ou d’un courant.
II-2-Signal binaire (TOR) :
Un signal est dit binaire si l’amplitude de la grandeur porteuse de l’information ne
peut prendre que deux valeurs .
II-3-Signal numérique :
Un signal numérique est un signal dont l’amplitude donnée à un instant est
représentée par un nombre binaire .
III- CAPTEURS
III-1- Définition
Un capteur est un organe de prélèvement d’informations qui élabore, à partir d’une
grandeur physique ( le mesurande ), une autre grandeur physique de nature différente
(généralement électrique ) représentative de la grandeur prélevée , et utilisable à des fins de
mesure.
III-2- décomposition fonctionnelle
On peut le décomposer de la façon suivante :
- Le corps d’épreuve est l’élément influencé par le mesurande qui transforme celui-ci en
grandeur physique intermédiaire interprétable par l’élément sensible (par variation
de résistance, variation de champ magnétique, variation de capacité, …).
- Le détecteur ou élément sensible converti la grandeur physique intermédiaire en
grandeur électrique exploitable .
- Le conditionnement permet d’adapter le signal issu du détecteur aux dispositifs de
traitement de l’information
- La source d’énergie : certains capteurs doivent être alimentés pour fonctionner,
d’autres pas.
Grandeur
physique à
mesurer,
Mesurande
Grandeur
physique
intermédiaire
Grandeur
physique
exploitable
Grandeur physique
image de la grandeur
physique d’entrée

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III-3- Grandeurs caractéristiques
a- Etendue de mesure : C’est la plage de valeurs possibles du mesurande (valeur
mini m
min
et valeur maxi m
max
) EM = m
max
-m
min
.
b- Sensibilité : Caractérise le capteur à détecter la plus petite variation possible du
mesurande.
c- Linéarité : Pour être le plus fidèle possible, le capteur doit avoir la même
sensibilité sur toute son étendue de mesure.
d- Temps de réponse : Le capteur ne renvoie pas l’information tout de suite. Il a un
temps de réponse qui dépend des inerties (mécanique, thermiques ou
électriques)
du corps d’épreuve, du détecteur et du temps de propagation du
signal
dans l’électronique de conditionnement.
e- Les tensions d’alimentations : Celles-ci doivent être conforme à l’alimentation du
système de traitement de l’information.
IV- TRAITEMENT ANALOGIQUE (CONDITIONNEMENT)
IV-1- Fonction de transfert : Le conditionnement est réalisé par des circuits électroniques
plus ou moins élaborés. La fonction de transfert, c’est la fonction qui exprime la relation entre le
signal de sortie et le signal d’entrée
Av=Vs/Ve (transfert en tension)
Ai=Is/Ie (transfert en courant)
IV-2- Gain : C’est l’expression de son
amplification maximale exprimée dans une
échelle logarithmique. G=20.Log A
IV-3- Bande passante : Correspond à
l’ensemble des fréquences de la grandeur
d’entrée subissant l’amplification avec un
affaiblissement maximale de 3dB.
En fonction de la bande
passante on parle de filtre (passe
haut, passe bas, passe bande,
rejecteur)
Fonction
électronique
Ie
Ve
Is
Vs
Gain
XXX
XXXXX
XX
X XXXXX

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IV-4- Mise en forme
La mise en forme peut être réalisée avec des transistors fonctionnant en TOR pour une
sortie TOR.
En fonctionnement linéaire i
C
=β
ββ
β.i
B.
En fonctionnement saturé, quand i
B
est suffisant, le transistor sature .
(Voir document saturation d’un transistor)
Pour faire une amplification, on peut utiliser des ALI (AOP) Exemple le montage
amplificateur non inverseur où Av=1+R2/R1 - Ex : R1=5kΩ, R2=20kΩ
Contre réaction négative
=> fonctionnement en linéaire => ε
εε
ε=0 = > vs = k.ve
(Voir document AOP)
On peut également utiliser des ALI (AOP) pour faire des sorties TOR triggées.
Contre réaction positive
=> fonctionnement en saturé => soit ε
εε
ε>0, vs = Vcc soit ε
εε
ε<0 vs=-Vcc
On peut également utiliser des diodes pour redresser le signal, des diodes Zéner pour
écrêter, …
Dans certains cas, il est nécessaire de convertir le signal en grandeur numérique. Pour cela,
nous utilisons des convertisseurs analogiques numériques.
vs
ve
Vcc
-Vcc
Fonction de transfert
vs
ve
Vcc
-Vcc
Vb
Vh
Fonction de transfert
Supprimer cette l’image
Ve
1V
0V
Vs

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V- CONVERSION ANALOGIQUE/NUMERIQUE :
La fonction traiter est réalisée, en général, par un système numérique (utilisant les signaux
binaires).
Pourtant, certains systèmes utilisent des capteurs analogiques :
Quel système permet de conditionner la grandeur physique mesurable en signal de mesure
numérique transmissible à la fonction traiter les signaux ?
Ce sont les CAN (Convertisseur Analogique Numérique) . Pour communiquer le résultat
d'une opération logique ou arithmétique vers l'extérieur il faut aussi la convertir c'est le rôle du
CNA (Convertisseur Numérique/Analogique) .
Principe d’une chaîne de conversion dans un processus
III-1-Définition :
Un convertisseur analogique numérique est un circuit qui transforme une grandeur
analogique d’entrée E (souvent une tension) en une valeur numérique N exprimé sur n bits .
N représente le mot binaire délivré en sortie du convertisseur qui est l’image de la
grandeur d’entrée E
. La conversion A/N est généralement plus difficile que la conversion N/A.
On y fait appel à un CNA, des portes logiques, une horloge, des compteurs ou des registres.
III-2- Quantification :
Cette opération consiste à discrétiser la grandeur électrique d’entrée, c’est à
dire que le signal analogique sera réduit en un nombre fini de valeurs .
Le système réalise en premier une opération de prélèvement appelée échantillonnage . Les
valeurs d’entrées issues de cet échantillonnage sont ensuite quantifiées. On obtient alors des
grandeurs multiples d’une quantité élémentaire q appelé quantum (pas de progression).
III-3- Codage :
A chaque valeur (issue de la quantification) de la grandeur d’entrée, cette
opération associe un mot binaire de sortie. Avec un codage sur n bits on obtient alors 2
n
valeurs
possibles
en sortie.
Il existe plusieurs types de codage :
- Unipolaire : on réalise une conversion autours d’une grandeur qui ne peut être que
positive (de 0 à X - asymétrique) (on compte de 0 à 2
n
-1)
- Bipolaire : on réalise une conversion autours d’une grandeur convertie qui peut être
centrée autour de 0 (souvent le code de sortie utilise un code complément à 2).
SY ST E ME
N UME
R
IQ UE
S orti e a nal o gi q ue
trai tées
#
#
CAN CNA
Signal
numérique
(N)
Signal
numérique
Traitement
numérique
des données
Donnée
analogique
brute (E)