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RÉSUMÉ
Cet article présente les méthodes les plus couramment utilisées pour la mesure de déphasage entre signaux électriques. Les méthodes classiques y sont décrites, notamment celles basées sur l'utilisation d'un oscilloscope, puis une large place est consacrée aux méthodes, apparues plus récemment, mettant en oeuvre des techniques numériques. La mesure de déphasage entre signaux noyés dans le bruit y est également abordée. Pour terminer, l'article se consacre aux circuits déphaseurs, aux générateurs de signaux déphasés, ainsi qu'aux moyens de validation de ces derniers.
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André POLETAEFF : Ingénieur du Conservatoire national des arts et métiers (CNAM) - Chargé d’études et de recherches en métrologie basses fréquences au Laboratoire national de métrologie et d’essais (LNE)
INTRODUCTION
Le besoin de connaître le déphasage entre deux phénomènes peut apparaître dès que ceux-ci présentent un caractère de périodicité dans le temps. Cette notion de déphasage est donc très générale et peut faire l’objet de mesures dans des domaines de la physique aussi variés que l’électricité, l’électronique, l’optique, la mécanique, l’acoustique... pour n’en citer que quelques-uns. Les méthodes utilisées pour étudier ou mesurer ces déphasages sont généralement spécifiques au domaine concerné. Néanmoins, il est souvent possible de transformer, au moyen de capteurs appropriés, des signaux de nature quelconque en signaux électriques. Dans ce cas, le problème est ramené à une mesure de déphasage entre signaux électriques.
Le présent article se limite strictement aux mesures de déphasage dans le domaine électrique. La notion de déphasage y est précisée ainsi que les conditions auxquelles doivent satisfaire les signaux pour qu’une telle mesure ait un sens.
Les méthodes les plus anciennes sont basées essentiellement sur des procédés purement analogiques. L’oscilloscope, notamment, est un outil parfaitement bien adapté lorsque les incertitudes recherchées restent de l’ordre de quelques degrés. Les procédés de mesure sont en effet très simples et un tel matériel est disponible dans la plupart des laboratoires.
Les méthodes numériques ont ensuite fait progressivement leur apparition. Les premières applications aux mesures de déphasage étaient basées sur le comptage d’impulsions. Avec le développement des composants électroniques tels les échantillonneurs bloqueurs et les convertisseurs analogique-numérique et numérique-analogique, et surtout avec l’accroissement rapide de leurs performances, les méthodes par échantillonnage sont actuellement de plus en plus utilisées. Celles-ci rendent possible l’acquisition des signaux au moyen d’équipements standard (voltmètres numériques à échantillonnage équipés d’une interface informatique), puis l’accès à l’information recherchée au moyen d’un logiciel de traitement des données acquises spécifique à l’application.
Des méthodes, aussi bien analogiques que numériques, peuvent par ailleurs être utilisées pour la mesure de déphasage entre signaux dans un environnement très bruité. Celles-ci font généralement appel à des techniques de détection synchrone.
Enfin, des méthodes de déphasage et de génération de signaux déphasés, avec les moyens de validation associés, sont présentés dans cet article.
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- Version archivée 1 de janv. 1979 par TRAN-TIEN LANG
- Version archivée 2 de oct. 1993 par Lang TRAN ‐TIEN
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7. Déphaseurs et générateurs de signaux déphasés
7.1 Déphaseurs
7.1.1 Déphaseur réalisé à partir d’un circuit RC
Un déphaseur analogique peut être constitué d’un simple circuit RC (voir figure 26). La tension es (t) développée aux bornes de la résistance est déphasée par rapport à la tension e (t) appliquée à l’entrée du circuit d’un angle φ donné en première approximation par
, les pertes (pour la capacité) et la partie réactive (pour la résistance) n’étant pas prises en compte dans cette relation. Si le condensateur et la résistance sont étalonnés (en module et en phase) et la fréquence du signal parfaitement connue, le déphaseur ainsi réalisé est étalon.
Toutefois, lorsqu’on emploie ce type de déphaseur pour étalonner un phasemètre, il importe de s’assurer que l’impédance d’entrée de ce phasemètre est très élevée, du moins pour la voie où l’on applique le signal déphasé. Cette impédance, qui se trouve alors connectée en parallèle sur la résistance R, introduit dans le cas contraire une erreur sur la mesure du déphasage.
Remarquons par ailleurs que, pour une fréquence donnée, les valeurs de la résistance R et du condensateur C fixent non seulement la valeur du déphasage entre la tension d’entrée et la tension de sortie, mais aussi celle du rapport des amplitudes de ces deux tensions.
HAUT DE PAGE7.1.2 Déphaseur à transformateur d’écran
On peut obtenir une parfaite indépendance des réglages de la phase et de l’amplitude en associant le circuit RC à un transformateur d’écran à secondaire symétrique (voir figure 27). On récupère...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - NEY (G.) - Cours de mesures électroniques - École supérieure d’électricité (1974).
-
(2) - AZENCOT (J.), PROST (R.) - Phasemètre large bande à détection synchrone utilisant une ligne à retard comme étalon de temps - Onde électrique (F) 55, n° 6, pp. 341-346 (1975).
-
(3) - HILLS (M.T.) - * - . – Measurement of small phase change with the aid of an oscilloscope with a differential input (Mesure de faible variation de phase à l’aide d’un oscilloscope à entrée différentielle). Electronic Letters (GB), p. 0267 (Juin 1967).
-
(4) - HAUG (A.) - * - . – Phase measurement. Digital methods (Mesure de phase. Méthode numériques). Elektrotech. Z. (ETZ-B) (D) 25, n° 11 (5 juin 1973).
-
(5) - MANCEAU (J.), BLANC (I.), BOUNOUH (A.), DELAUNAY (R.) - Application des méthodes d’échantillonnage aux mesures des déphasages pour des fréquences de 20 Hz à 20 kHz - Revue Française de Métrologie,...
ANNEXES
1.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
Clarke-Hess :
Powertek :
HAUT DE PAGE1.2 Laboratoires – Bureaux d'études – Écoles – Centres de recherche (liste non exhaustive)
Laboratoire national de métrologie et d’essais (LNE) :
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