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Auteur(s)
-
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)
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Lire l’articleINTRODUCTION
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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VERSIONS
- Version archivée 1 de janv. 1979 par TRAN-TIEN LANG
- Version archivée 2 de oct. 1993 par Lang TRAN ‐TIEN
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Déphaseurs et générateurs de signaux déphasés6. Mesure de déphasage de signaux très bruités : utilisation d’un détecteur synchrone
Dans le cas de mesures sur des signaux très bruités, notamment lorsque le signal utile se trouve noyé dans le bruit, des méthodes basées sur la technique de détection synchrone sont généralement utilisées.
6.1 Principe de la détection synchrone
Le principe de la détection synchrone consiste à multiplier le signal bruité par un signal de référence alternatif dont la fréquence est choisie égale à celle de la composante du signal bruité qu’on désire mesurer. La valeur moyenne du signal de sortie du multiplieur, à laquelle on accède après filtrage de ce signal, est proportionnelle à la valeur de cette composante.
L’application de ce principe à la mesure du déphasage entre deux signaux s’effectue en multipliant ceux-ci l’un par l’autre (voir figure 22). Soient donc e1 (t) = E1.sin (ω.t + φ1) + b1 (t) et e2 (t) = E2.sin (ω.t + φ2) + b2 (t) les expressions de ces signaux où b1 (t) et b2 (t) représentent le bruit affectant chacun d’eux. À la sortie du multiplieur on obtient un signal s (t) de la forme :
Le premier terme, constant, est proportionnel à cos (φ1 − φ2), grandeur qu’on cherche à mesurer. Le second terme représente une composante à une fréquence double des signaux étudiés, le troisième une composante du bruit centrée maintenant autour de la fréquence de ces signaux et la quatrième une autre composante du bruit. En filtrant le signal s (t) au moyen d’un filtre passe-bas, on ne garde que le premier terme qui contient l’information recherchée.
Pour accéder à la valeur de cos (φ1 − φ2), il faut encore déterminer celle du facteur
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Mesure de déphasage de signaux très bruités : utilisation d’un détecteur synchrone
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) :
HAUT DE PAGE
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