Introduction à la Chaîne d'instrumentation

Introduction

1 Du domaine analogique au domaine numérique

L’analogique traite des fonctions continues dans le temps.

Un opérateur numérique, du fait du temps nécessaire aux calculs et aux systèmes informatiques (système fini), ne peut traiter des fonctions continues du temps. Il ne peut en prendre connaissance qu’à certains instants, appelés instants d’échantillonnage (généralement périodiquement de période Te).

Ainsi, aux fonctions continues du temps v(t), i(t), se substituent des fonctions discrètes v(nTe), i(nTe) où n est un entier et Te est la période d’échantillonnage. A chaque instant d’échantillonnage t = n.Te

v(t)

Te

t

1234 n Echantillonnage

De plus un opérateur numérique travaille sur des mots binaires de longueur finie donc de précision limitée par l’intermédiaire d’un codage (entier naturel, entier relatif, virgule fixe, virgule flottante, ...) : c’est l’opération de quantification.

v(t), v(nTe) 11

10 01 00

Quantification sur deux bits Lorsqu’on échantillonne un signal, il y donc perte d’informations :

t

• •

2

L’opérateur d’échantillonnage implique que le signal n’est connu qu’aux instants t = nTe L’opérateur de quantification implique un arrondi sur les valeurs du signal qui entraîne une erreur de précision liée à la longueur du mot binaire choisie.

Organisation d’une chaîne d’instrumentation numérique

x(t)

x(n) y(n)

y(nTe)

CNA

y(t)

x(nTe)

Filtre Numérique

EB

CAN

EB : Echantillonneur Bloqueur

conversion. En effet il ne faut pas que le signal évolue pendant cette opération.

Il peut être vu comme interrupteur attaquant une capacité :

Chaine d’Instrumentation Numérique - Traitement Numérique du Signal - HEI4-IMS 1

2.1

Le rôle de l’échantillonneur bloqueur est de « bloquer » le signal pendant le temps de la

Filtre Passe Bas

x(t) I

x(nTe)

C

Lorsque l’interrupteur I est fermé, la tension aux bornes de la capacité C est la tension du signal d’entrée x(t), de fait la sortie de l’échantillonneur bloqueur est égale au signal d’entrée x(t).

Lorsqu’on ouvre l’interrupteur I, la capacité C joue son rôle d’inertie et présente à ses bornes une tension égale à x(t) au moment de l’ouverture de l’interrupteur I et conserve cette valeur tant que l’interrupteur I reste ouvert : le signal est bloqué. La sortie de l’échantillonneur bloqueur est égal à au signal d’entrée à l’instant d’ouverture de l’interrupteur I.

Il suffit donc de fermer l’interrupteur I tant que la demande de conversion n’est pas faite. Par contre quand on veut faire cette conversion (au moment de l’échantillonnage à t = nTe), on ouvre l’interrupteur et quand la conversion est terminée on referme l’interrupteur.

2.2 CAN : Convertisseur Analogique Numérique

Le CAN a pour rôle de quantifier la valeur reçue à son entrée en valeur numérique. En sortie on a

un échantillon qui est une valeur numérique qui sera stockée par le système de calcul.

2.3 Filtre numérique

Le Filtre Numérique c’est le système informatique qui fera le traitement de signal numérique. Il

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