Acquisition et traitement des signaux bruités
MTR112
Objectifs pédagogiques :
Découvrir les principes de base communs aux différents types d'instruments et systèmes et connaître la manière dont ils altèrent le signal mesuré. Découvrir les aspects spécifiques du traitement du signal liés à l'acquisition et à l'échantillonnage. Acquérir des notions élémentaires sur le filtrage analogique ou numérique.
Identifier et, le cas échéant, éliminer ou traiter les phénomènes qui nuisent à l'intelligibilité d'un signal analogique ou numérisé. Capacité à extraire l'information du "bruit" et des "parasites". Prévoir les mécanismes de filtrage.
Public et conditions d'accès :
Techniciens supérieurs, futurs cadres opérationnels, cadres techniques, ingénieurs ou futurs ingénieurs soucieux de mieux connaître et mieux maîtriser les propriétés des instruments et les dispositifs de traitement des signaux, de la conception à l'exploitation.
Il est nécessaire que certaines bases mathématiques soient assez solides pour aborder le programme (intégration, dérivation, fonctions mathématiques de base et représentations graphiques, nombres complexes, formules trigo...).
Compétences :
Maîtrise des éléments conceptuels de base liés au traitement du signal et à l'instrumentation analogique ou numérique. Être prêt à les employer dans un contexte opérationnel pour la mesure, le contrôle, les essais.
Capacité à identifier et, le cas échéant, éliminer ou traiter les phénomènes qui nuisent à l'intelligibilité d'un signal analogique ou numérique. Capacité à extraire l'information du "bruit" et des "parasites". Capacité à prévoir les mécanismes de filtrage pour l'optimisation du rapport signal à bruit.
Méthodes de validation :
Seul l'examen final est obligatoire pour valider l'UE.
Des devoirs à la maison et des questionnaires en ligne facultatifs, proposés tout le long du semestre, peuvent venir apporter des bonifications à la note d'examen.
Contenu de la formation :
Propriétés des instruments
Chaîne d'acquisition : présentation et propriétés principales.
Description temporelle d'un instrument : fonction d'appareil.
Description fréquentielle d'un instrument : fonction de transfert de modulation, gain, filtrage.
Propriétés énergétiques des instruments.
Acquisition et instrumentation numérique
Échantillonnage, représentation des nombres, liaisons série et parallèles.
Filtrage numérique : transformée de Fourier discrète, fréquence de Nyquist, règles pratiques d'utilisation.
Exemples : stratégies pour la mesure d'une fréquence, filtrage pour l'élimination du bruit…
Outils conceptuels
Variables, processus et fonctions aléatoires : introduction et rappels. Notions d'inter-corrélations et d'auto-corrélations pour le calcul de puissance de bruit. Densité spectrale de puissance moyenne.
Mesures en régime de comptage et régime de flux, processus de Poisson ; applications.
Outils opérationnels
Approche statistique et physique des bruits : bruit de Johnson, bruit de grenaille, bruit blanc, bruit en 1/f, bruit de speckle
Estimation de la valeur moyenne et de la puissance d'un signal aléatoire : méthodes analogiques et numériques ; détection synchrone. Méthodes hétérodynes. Filtrages adaptatifs.
Filtrage et amplification en électronique, notamment numérique
Extraction d'un signal noyé dans un bruit.
Variance d'Allan.
Exemples d'applications
Comptage d'événements par photomultiplicateur, bruit dans les oscillateurs, mesures de petits déplacements à l'échelle submicrométrique par hétérodynage
Bibliographie :
- G. ASCH: Acquisition de données du capteur à l'ordinateur, DUNOD 1999
- D. DECLERCQ, A. QUINQUIS: Le signal déterministe, HERMES, 1996
- F. TRUCHETET: Traitement linéaire du signal numérique, HERMES 1998
- F. de COULON: Traité d'électricité Vol. VI : Théorie et traitement des signaux, Presses polytechniques et universitaires romandes, Lausanne, 1996
- F.N.H. ROBINSON: Noise and fluctuations in electronic devices and circuits (Editeur Oxford)
- A. PAPOULIS: Signal analysis (Mc Graw Hill International Editions)
- J. MAX: Méthodes et techniques de traitement du signal (Masson).
Cette UE apparaît dans les diplômes et certificats suivants :
- DIE5100A : Diplôme d'établissement Responsable mesure, analyse, contrôle, qualité option instrumentation mesure
- CYC9200A : Diplôme d'ingénieur Spécialité Instrumentation
