Capteur et Mesure séance 1 : introduction,...
Transcript of Capteur et Mesure séance 1 : introduction,...
Capteur et Mesureséance 1 : introduction, métrologie
F. Kölbl
Maître de Conférences
Laboratoire ETIS - ENSEA - UCP - CNRS UMR8051IUT Cergy-Pontoise, Dep GEII, site de Neuville
florian.kolbl@{u-cergy,ensea}.fr
F. Kölbl (Université de Cergy Pontoise) Capteur 1 / 25
Introduction
F. Kölbl (Université de Cergy Pontoise) Capteur 2 / 25
market forecast 2022 (1/4)
source : https://www.i-scoop.eu/global-sensor-market-forecast-2022/
F. Kölbl (Université de Cergy Pontoise) Capteur 3 / 25
market forecast 2022 (2/4)
source : https://www.i-scoop.eu/global-sensor-market-forecast-2022/
F. Kölbl (Université de Cergy Pontoise) Capteur 4 / 25
market forecast 2022 (3/4)
source : https://www.i-scoop.eu/global-sensor-market-forecast-2022/
F. Kölbl (Université de Cergy Pontoise) Capteur 5 / 25
market forecast 2022 (4/4)
source : https://www.i-scoop.eu/global-sensor-market-forecast-2022/
F. Kölbl (Université de Cergy Pontoise) Capteur 6 / 25
Points abordés dans le cours
1- métrologie, principes généraux,
2- capteurs conventionels :températurepression...
3- circuits d’interface :Amplification, aquisition, détection,Filtrage,Convertion
4- noeuds et réseaux de capteur,
5- capteurs non-conventionnels.
F. Kölbl (Université de Cergy Pontoise) Capteur 7 / 25
Points abordés dans le cours
1- métrologie, principes généraux,2- capteurs conventionels :
températurepression...
3- circuits d’interface :Amplification, aquisition, détection,Filtrage,Convertion
4- noeuds et réseaux de capteur,
5- capteurs non-conventionnels.
F. Kölbl (Université de Cergy Pontoise) Capteur 7 / 25
Points abordés dans le cours
1- métrologie, principes généraux,2- capteurs conventionels :
températurepression...
3- circuits d’interface :Amplification, aquisition, détection,Filtrage,Convertion
4- noeuds et réseaux de capteur,
5- capteurs non-conventionnels.
F. Kölbl (Université de Cergy Pontoise) Capteur 7 / 25
Points abordés dans le cours
1- métrologie, principes généraux,2- capteurs conventionels :
températurepression...
3- circuits d’interface :Amplification, aquisition, détection,Filtrage,Convertion
4- noeuds et réseaux de capteur,
5- capteurs non-conventionnels.
F. Kölbl (Université de Cergy Pontoise) Capteur 7 / 25
Points abordés dans le cours
1- métrologie, principes généraux,2- capteurs conventionels :
températurepression...
3- circuits d’interface :Amplification, aquisition, détection,Filtrage,Convertion
4- noeuds et réseaux de capteur,
5- capteurs non-conventionnels.
F. Kölbl (Université de Cergy Pontoise) Capteur 7 / 25
Points abordés dans le cours
1- métrologie, principes généraux,2- capteurs conventionels :
températurepression...
3- circuits d’interface :Amplification, aquisition, détection,Filtrage,Convertion
4- noeuds et réseaux de capteur,
5- capteurs non-conventionnels.
F. Kölbl (Université de Cergy Pontoise) Capteur 7 / 25
Plan du cours
11 Système International
2 Définitions
3 Chaine de mesure
F. Kölbl (Université de Cergy Pontoise) Capteur 8 / 25
Grandeur Physique et Unités
Grandeur Physique
Propriété qui peut être calculée ou mesurée sous la forme d’un nombre (réelou complexe). Une grandeur est le plus souvent accompagnée d’une unité.
Système international
Système de 7 grandeurs de bases,
Unités de base correspondantes,
Autres grandeurs et unités définies comme dérivées
Défini par le Bureau International des Poids et Mesures
F. Kölbl (Université de Cergy Pontoise) Capteur 9 / 25
Bureau International des Poids et Mesures
Le BIPM a pour mission d’assurer l’uniformitémondiale des mesures et leur traçabilité auSystème international d’unités (SI).
Il travaille sous l’autorité de la convention duMètre, qui est un traité diplomatique concluentre cinquante et une nations. Il exerce sonactivité avec l’aide d’un certain nombre deComités consultatifs, dont les membres sont deslaboratoires nationaux de métrologie des Étatsmembres de la convention du Mètre, et par sontravail de laboratoire.
Le BIPM effectue des recherches liées à lamétrologie. Il organise ou participe à des com-paraisons internationales d’étalons nationauxde mesure et effectue des étalonnages pour lesÉtats membres.
F. Kölbl (Université de Cergy Pontoise) Capteur 10 / 25
Système International - convention du mètre
date d’adoption de la convention du mètre, en noir pays ne l’ayant pas encore adoptée.
utilisation systématique dans les publications scientifiques,
utilisé en EU sur les standards industriels,
attention aux unités de longueurs aux USA.
F. Kölbl (Université de Cergy Pontoise) Capteur 11 / 25
Grandeurs et unités de base
grandeur symbole unité abréviationlongeur L mètre [m]temps T seconde [s]température Θ kelvin [K ]masse M kilogramme [kg]quantité de matière n moleIntensité électrique I ampère [A]intensité lumineuse J candela [Iv ]
F. Kölbl (Université de Cergy Pontoise) Capteur 12 / 25
Définitions intéressantes
Temps : seconde
La seconde est la durée de 9 192 631 770 périodes de la radiationcorrespondant à la transition entre les deux niveaux hyperfins de l’étatfondamental de l’atome de césium 133.
Longeur : mètre
Le mètre est la longueur du trajet parcouru dans le vide par la lumière pendantune durée de 1/299 792 458 de seconde.
Intensité Electrique : ampère
L’ampère est l’intensité d’un courant constant qui, maintenu dans deuxconducteurs parallèles, rectilignes, de longueur infinie, de section circulairenégligeable et placés à une distance de 1 mètre l’un de l’autre dans le vide,produirait entre ces conducteurs une force égale à 2 x 10–7 newton par mètrede longueur.
... comment est définie la force ?
F. Kölbl (Université de Cergy Pontoise) Capteur 13 / 25
Intrus : la masse et le kilogramme
Le kilogramme est l’unité de masse ; il est égal à la masse du prototypeinternational du kilogramme.
F. Kölbl (Université de Cergy Pontoise) Capteur 14 / 25
Préfixes du SI
10n Préfixe Symbole 10n Préfixe Symbole
101 déca da 10−1 déci d102 hecto h 10−2 centi c103 kilo k 10−3 milli m106 méga M 10−6 micro µ
109 giga G 10−9 nano n1012 tera T 10−12 pico p1015 péta P 10−15 femto f1018 exa E 10−18 atto a1021 zetta Z 10−21 zepto z1024 yota Y 10−24 yocto y
F. Kölbl (Université de Cergy Pontoise) Capteur 15 / 25
Définitions de métrologie
Mesurage
Ensemble d’opérations ayant pour but de déterminer une valeur d’unegrandeur.
Mesure (x)
évaluation d’une grandeur avec une autre grandeur de même nature prisepour unité
Attention !!! : un capteur ne fait pas de mesure, mais c’est un élément d’unechaine de mesure !
c’est l’interface entre la grandeur et (pour nous) les grandeurs électriques.
F. Kölbl (Université de Cergy Pontoise) Capteur 16 / 25
Incertitude de mesure
Incertitude (dx)
La mesure (x) d’une grandeur X est totalement définie par le couple (x ,dx) oudx est l’incertitude. On peut écrire avec certitude :
x − dx < X < x + dx
cette incertitude est due aux erreurs de mesure, de la chaine de mesure et aubruit.
F. Kölbl (Université de Cergy Pontoise) Capteur 17 / 25
Erreur de mesure - quantités
Erreur absolueErreur exprimée dans l’unité de mesure, définie par :
ε = x − X
où X est la mesurande
Erreur relativeErreur de mesure normalisée par la mesurande :
εr =ε
X
F. Kölbl (Université de Cergy Pontoise) Capteur 18 / 25
Types d’erreur (1/5)
mesurande
me
sure
courbe exactemesure
Erreur d’offsetSimple à rétablir, dans la chaine de mesure ou en post-traitement.
F. Kölbl (Université de Cergy Pontoise) Capteur 19 / 25
Types d’erreur (2/5)
mesurande
me
sure
courbe exactemesure
Erreur d’echelleRelation linéaire entre la courbe réelle et la mesurande.Simple à rétablir, dans la chaine de mesure ou en post-traitement.
F. Kölbl (Université de Cergy Pontoise) Capteur 20 / 25
Types d’erreur (3/5)
mesurande
me
sure
courbe exactemesure
Non-linéaritéRelation non-linéaire entre la courbe réelle et la mesurande.Erreur délicate à traiter dans la chaine de mesure, potentiellement égalementen post-traitement.
F. Kölbl (Université de Cergy Pontoise) Capteur 21 / 25
Types d’erreur (4/5)
mesurande
me
sure
courbe exactemesure
Hystéresis
Dépendance à la mesure précédenteErreur non-traitable dans la chaine de mesure, complexe à traiter enpost-traitement.
F. Kölbl (Université de Cergy Pontoise) Capteur 22 / 25
Types d’erreur (5/5)
mesurande
me
sure
courbe exacte
Erreur de quantification
irresolvable, la numérisation est critique dans une chaine de mesure, tant sur laquantification que sur l’échantillonage et le filtrage associé.
F. Kölbl (Université de Cergy Pontoise) Capteur 23 / 25
Echelle de mesure
F. Kölbl (Université de Cergy Pontoise) Capteur 24 / 25
Chaine de mesure - vue générale
Capteur Conditionnement Traitement
mesurande mesure
loi de convertionsortie analogique/numerique
amplification, interfacefiltrage
convertiontransmission
filtrage numériqueinterprétation(commande)
F. Kölbl (Université de Cergy Pontoise) Capteur 25 / 25
Chaine de mesure - vue générale
Capteur Conditionnement Traitement
mesurande mesure
loi de convertionsortie analogique/numerique
amplification, interfacefiltrage
convertiontransmission
filtrage numériqueinterprétation(commande)
F. Kölbl (Université de Cergy Pontoise) Capteur 25 / 25
Chaine de mesure - vue générale
Capteur Conditionnement Traitement
mesurande mesure
loi de convertionsortie analogique/numerique
amplification, interfacefiltrage
convertiontransmission
filtrage numériqueinterprétation(commande)
F. Kölbl (Université de Cergy Pontoise) Capteur 25 / 25
Chaine de mesure - vue générale
Capteur Conditionnement Traitement
mesurande mesure
loi de convertionsortie analogique/numerique
amplification, interfacefiltrage
convertiontransmission
filtrage numériqueinterprétation(commande)
F. Kölbl (Université de Cergy Pontoise) Capteur 25 / 25