Capteurs et chaîne dacquisition
Jun 18 2015 Le capteur
CHAPITRE I La chaîne dacquisition - restitution
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Comment fonctionnent les capteurs
Un capteur convertit la grandeur physique à mesurer en une grandeur électrique et traite cette dernière de telle manière à ce que les signaux électriques puissent être facilement transmis et traités en aval.- La chaîne d'acquisition a pour fonction de recueillir et transformer la grandeur à mesurer sous une forme adaptée à son exploitation. Le capteur peut à la fois réaliser la mesure et faire partie du conditionnement (comme dans un montage en pont de Wheatstone) ou bien être dissocié (comme schématisé figure 1).18 jui. 2015
CHAPITRE I
La chaîne d'acquisition - restitution
10101111
MicroFiltre Passe Bas
Echantillonneur
Bloqueur
Filtre passe bas
Amplificateur
Enceinte1
0 1 0 1 1 1 1Conversion
Analogique Numérique
Conversion
Numérique Analogique
Disque LaserStockageRestitutionAcquisitionOlivier FRANÇAIS, 2000Structure de la chaîne d'acquisition ESIEE
Acquisition de données
I.2SOMMAIRE
La chaîne d'acquisition - restitution
I PRINCIPE.......................................................................................................................................................................3
I.1 C I.2 AMPLIFICATEUR DE SIGNAL........................................................................................................................................3
I.3 FILTRE D'ENTRÉE.......................................................................................................................................................3
I.4 L'
I.4 LE CONVERTISSEUR ANALOGIQUE NUMÉRIQUE (CAN)...............................................................................................4
I.5 LA ZONE DE STOCKAGE...............................................................................................................................................4
I.6 LE CONVERTISSEUR NUMÉRIQUE ANALOGIQUE (CNA)...............................................................................................4
I.7 LE FILTRE DE SORTIE..................................................................................................................................................4
I.8 AMPLIFICATEUR DE PUISSANCE..................................................................................................................................4
I.9 PERFORMANCES GLOBALE..........................................................................................................................................4
II ACQUISITION DE PLUSIEURS GRANDEURS .....................................................................................................5
II.1 A
CQUISITION SÉQUENTIELLE DÉCALÉE......................................................................................................................5
II.2 A
CQUISITION SÉQUENTIELLE SIMULTANÉE................................................................................................................5
II.3 A
CQUISITION PARALLÈLE..........................................................................................................................................6
Structure de la chaîne d'acquisition ESIEE
Acquisition de données
I.3 Structure d'une chaîne d'acquisition numériqueI Principe
Une chaîne d'acquisition numérique peut se représenter selon la figure suivante :CapteurAmplificateur
de signalFiltrageEchantillonneurBloqueurCAN001
100110
...(Te; Fe) (Fc)n bits
Figure 1: Structure de l'acquisition numérique
Elle est souvent associée à une chaîne de restitution :FiltrageCNA
001 100110
...(Fc) n bits
Amplificateur
de puissanceSortie
Figure 2: Structure dela chaîne de restitution
On peut définir très simplement le rôle de chacun des éléments.I.1 Capteur
Il est l'interface entre le monde physique et le monde électrique. Il va délivrer un signalélectrique image du phénomène physique que l'on souhaite numériser. Il est toujours associé à un
circuit de mise en forme.I.2 Amplificateur de signal
Cette étape permet d'adapter le niveau du signal issu du capteur à la chaîne globale d'acquisition.I.3 Filtre d'entrée
Ce filtre est communément appelé
filtre anti-repliement. Son rôle est de limiter le contenuspectral 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.I.4 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
Structure de la chaîne d'acquisition ESIEE
Acquisition de données
I.4le 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 I.5 Le convertisseur analogique numérique (CAN) Il transforme la tension de l'échantillon (analogique) en un code binaire (numérique).I.6 La zone de stockage
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. I.7 Le convertisseur numérique analogique (CNA) Il effectue l'opération inverse du CAN, il assure le passage du numérique vers l'analogique en restituant une tension proportionnelle au code numérique.I.8 Le filtre de sortie
Son rôle est de " lisser » le signal de sortie pour ne restituer que le signal utile. Il a les mêmes caractéristiques que le filtre d'entrée.I.9 Amplificateur de puissance
Il adapte la sortie du filtre à la charge.
I.10 Performances globale
I.10.1 Fréquence de fonctionnement
On peut définir la vitesse limite d'acquisition. Elle va dépendre du temps pris pour effectuer les opérations de :Echantillonnage
ech TConversion T
conv - Stockage T stock Ainsi la somme de ces trois temps définit le temps minimum d'acquisition et donc la fréquence maximum de fonctionnement de la chaîne : stockconvechacqTTTT++= soit
stockconvechmaxTTT1F++=
I.10.2 Résolution de la chaîne
La numérisation d'un signal génère un code binaire sur N bits. On obtient donc une précision de numérisation de %21 NIl faut donc que tous les éléments de la chaîne de conversion aient au moins cette précision.
On leur demande en général une résolution absolue de (0.5* %21 NStructure de la chaîne d'acquisition ESIEE
Acquisition de données
I.5II Acquisition de plusieurs grandeurs
Dans le cadre d'une chaîne d'acquisition traitant plusieurs capteurs (N) vers une même zonede stockage, il existe différentes structures qui différent en terme de performances et de coût.
N Capteurs
? 1 zone de stockage (traitement) numériqueII.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 :MuxE/B
CANSéquenceurV1
V2 VN nFigure 3: Structure séquentielle décalée
L'avantage de cette structure est bien évidemment son côté économique. Par contre il y a un décalage dans le temps des acquisitions. On réservera donc cettestructure 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 capteur.II.2 Acquisition séquentielle simultanée
De manière à avoir des acquisitions " synchrones », on utilise la même structure que précédemment mais en utilisant des Echantillonneurs Bloqueurs (E/B) en amont du multiplexeur.On est dans une situation d'E/B en tête.
MuxE/B
CANSéquenceurV1
V2 VN nE/B E/B Figure 4: Structure séquentielle simultannéeLa prise des échantillons s'effectue au même instant, la conversion est effectuée de manière
progressive. Cela signifie que les E/B assurent un maintien de l'échantillon durant les N acquisitions sans introduire de pertes supérieures à la résolution du CAN.Son coût est moyen.
Structure de la chaîne d'acquisition ESIEE
Acquisition de données
I.6II.3 Acquisition parallèle
C'est la structure la plus complète puisqu'elle consiste à disposer N chaînes d'acquisition en
parallèle et de les connecter sur un bus de données commun. E/B CANV1 V2 VN n E/B E/B CAN n CAN n nFigure 5: Structure parallèle
Avec cette structure, il est possible d'effectuer en même temps l'acquisition d'une donnéependant 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. Mais elle est
coûteuse.quotesdbs_dbs10.pdfusesText_16[PDF] chaine de markov apériodique
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