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1/ INTRODUCTION. Intérêt d’une bonne mesure. 2/ STRUCTURE d’une chaîne de mesure. 3/ CAHIER DES CHARGES 5/ CAPTEURdefinitions 4/ BRUIT 5/CAPTEURsuite : classification (passif, actif, intelligent) 6/CONDITIONNEMENT du signal au plus près du capteur amplification (ampli de base, amplid’instrumentation, ampli d’isolation 7/ NUMERISATION du signal FAR multiplexeur ech-bloqueur CAN 8/ TRANSMISSION du signal
PLAN :
S1-2h S2-2h S3-2h S4-2h S5-2h S6-2h 2
7/ Numérisation du signal Stucture de base : Filtre anti-repliement (FAR) Multiplexeur Echantillonneur-bloqueur Convertisseur Analogique Numérique (CAN).
Différentes stuctures de conversion.TTL Ed : Masson
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7/ Numérisation du signal Repliement du spectre.
s(t) signal continu, signal discret : {s(0), s(Te), s(2.Te), …} signal échantillonné:¦
f f k) Tek f(S Te1 )f('S¦
f fG n* )Te.nt().Te.n(s)t(s
échantillonnage atténuation et périodisation du spectre. La transformée de Fourier d’un signal échantillonnée est égale à: Soit F MAXla fréquence max du signal et F Ela fréquence d’échantillonnage, il faut: MAXEF.2Ft
0F (Hz)FeS(f) S’(f) Spectre conservé. S’(f) Spectre modifiéen bande de base (entre 0 et Fe/2). 4
7/ Numérisation du signal FAR.
Objectifs : 1/ laisser passer le signal utile. 2/couper les fréquences de bruits hors de la bande utile (sup àFe/2) pour éviter de les rammener dans la bande da base du signal après échantillonnage. 0F (Hz)FeS(f) S’(f)Bruits Fmax S’(f)
FAR Ce filtre analogiquene doit pas atténuer la bande utile. Il doit couper au-delàpour que l’atténuation soit suffisante pour F>Fe/2. Il y a un compromis : Fe / ordre du filtre et réalisation /ordre du filtre.
Sallen-key 2ème ordre.
Gabarit de filtrage.
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7/ Numérisation du signal Echantillonneur-bloqueur
Objectifs : 1/ prélever sur son entrée àun instant choisi la tension. 2/ mémoriser cette valur de tension. 3/ délivrer en sortie une tension égale àcelle mémorisée. Utilisations : Plusieurs tensions àconvertir avec un seul CAN. Tensions dont la variation est rapide relativement àla durée d’acquisition du CAN. Utile si le signal varie de plus de 1 quantum q durant le temps d’acquisition Tc, ainsi pour un signal la variation maximale du signal vaut : Une conversion sur n bits correspond àune résolution de : Ex : pour du 12 bits, 1 µs, f=77Hz O. Esiee Structure en boucle ouverte.Caractéristiques. 6
7/ Numérisation du signal Convertisseur A/N. 1 2 V q n '
Caractéristiques.
Fréquence/résolution pour les différents types de CAN.
Convertisseur idéal et erreur de quantification
Technologies : àrampe et comptage àapproximations successives (fig12.26 p299) parallèles (fig12.27 p300) haute résolution, basse vit : sigma delta
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7/ Numérisation du signal Convertisseur A/N.
Convertisseur flash Principe du convertisseur à approximations successivescomparateur 8
7/ Numérisation du signal Convertisseur A/N. Sigma . delta
Intérêt du suréchantillonnage Fe x 4 <=> S/B : +6dB <=> 1 bit en +Modulateur delta convertisseur sigma/delta modulateur sigma delta
soustracteur comparateur/bascule D
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8/ Transmission du signal Câblage.
Paire torsadée wikipedia câble USBCanauxhertziens Infra rouge Fibreoptique Coaxial Câble GPIB 10
8/ Transmission du signal Liaison analogique en courant : 4-20mA
2 fils, pas d’afaiblissement, débit max : ???, détection de coupure exemple de Cide mise en forme (XTR105) et de réception (RCV420)vcLiaison analogique en tension
2 fils mini (+alim souvent), affaiblissement avec la distance, sensibilitéau bruit Io = 4mA + Vin*(40/Rg)11
8/ Transmission du signal
Transmissionsérie: 2 fils + masse (transmission série type RS 232, pas connectable àchaud, (Rx, Tx masse)), I2C(SDA, SCL et masse),CAN(1Mb/s, sur paire différentielle), USBuniversalserial bus (paire différentielle+5V+masse, HotPlug & Play , 127 périphériques , USB 2.0 définit 3 vitesses de communication : 1,5 Mbps (LowSpeed), 12 Mbps(Full Speed), 480 Mbps(High Speed)), Lmax<3 m ou 5 m si blindé.Liaison filaire numérique
Placko
Vitesse/distance pour les différents bus de communications.Transmissionparallèle:IEEE488 ou GPIB (Câble de 2m, 20m max en tout et 14 instruments, mode parallèle 8bits, 1 Mo/s), busVXI,PXI dans tout les cas : distance courtes (best avec coaxial)
Liaisonsséries: simple/différentielle. 12
8/ Transmission du signal Liaison par fibre optique
(exemple pic du midi), immunitéaux parasites électro- magnétiquesdébit max plusieurs centaines de terabits /sLiaison radio
Bluetooth et Wi-fi (2,4 Ghz, ˨= C/f = 12,5 cm, débit allant jusqu'à 11Mbps) Bluetooth (portée de 10 à100 m, 10m en France) IrDA : entre 115,2 Kbps et 4 Mbps. La technologie reste tout de même limitée physiquement, et ne fonctionnera àpleine puissance qu'àun mètre d'écart maximum, en respectant un cône d'alignement d'un angle de 30°environ.Liaison infra rouge
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12345678/ Bibliographie
http://pagesperso-orange.fr/michel.hubin/ http://www.si.ens-cachan.fr/ http://gdumenil.free.fr/gfichier/mai/cours/Capteurs.pdf http://www.univ-brest.fr/lpo/instrumentation/index.html http://www.esiee.fr/~francaio/enseignement/version_pdf/II_capteurs.pdf http://www.phytem.ens-cachan.fr/ http://www.librecours.org/documents/44/4496.pdf http:// www.esiee.fr/~francaio/enseignement/version_pdf/III_amplidiff.pdf ++ Acquisitionde données du capteur àl’ordinateur, G. Asch et collaborateurs, Ed Dunod, 2003 +Lescapteursen instrumentation industrielle, G. Asch et collaborateurs, Ed Dunod, ++ Traitement des signaux et acquisitions de données, F. Cottet, Ed Dunod, 2002 Capteurs : principes et utilisations cours et exos, F. Baudoin, M. Lavabre, Ed Casteilla 2007 Electronique des systèmes de mesures, Tran Tien Lang, Ed Masson 1992 Les capteurs 50 exercices et problèmes corrigés, P. Dassonvalle, Ed Dunod, 2005Bouquins :
Web :
