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Méthodederecueiletdetraitementsdedonnées
MOUT104
AixMarseilleUniversitéFacultédesSciencesduSport
Ins?tutdesSciencesduMouvement
frank.buloup@univ-amu.frjulien.serres@univ-amu.fr
Master1op?onIEMH-ISM Méthodederecueiletdetraitementdedonnées1
EpisodeI–2heures
Présenta)ondumodulede20h
Master1op?onIEMH-ISM Méthodederecueiletdetraitementdedonnées2
Diviséendixséancesdedeuxheureschacune:
Séance1 Séance2 Séance3 Séance4 Séance5Cours Cours Cours TP2 TP3
Séance6 Séance7 Séance8 Séance9 Séance10TP4 TP5 TP1 TD 1h30TP6-CC
30mnCorr.CC
CC:coef.1-CF:coef.2
Uneséancedecontrôlefinald’uneheure
Présenta)ondumodulede20h
Master1op?onIEMH-ISM Méthodederecueiletdetraitementdedonnées3
Àl’issuededeceLeforma)onvousserezcapablede:
• Iden?fieretdécrirelesdifférentsélémentsquicomposentunechained’acquisi?ondedonnées1. Énumérerlesconceptsrela?fsàlamétrologie,auxcapteurs2. Décrirel’opéra?ondeconversionanalogiqueversnumériques
• U?liserlestraitementsdebaseencalculnumérique1. MeYreenœuvrelescalculsdemoyenneetd’écarttype2. U?liserunefiltrenumérique
• Appliquerlesgrandsprincipesdelacompa?bilitéélectromagné?que1. Décrirelesdifférentesperturba?onsdesélectroniques2. ConnaîtrelestechniquesàmeYreenœuvrepourdiminuercesperturba?ons
Présenta)on,objec)fs
Master1op?onIEMH-ISM Méthodederecueiletdetraitementdedonnées4
ORDINATEUR
Signal
Capteurs
Acquisi)onTraitement
Plan
Master1op?onIEMH-ISM Méthodederecueiletdetraitementdedonnées5
Premièrepar)e–Signal,no)onsdemétrologie,acquisi)on
① Présenta)onduconceptdeSignal② No)onsdemétrologie–Capteur③ Dumondeanalogiqueaumondenumérique:lecomposant④ LesdifférentesétapesdeceLeconversionetlethéorèmede
Shannon-Nyquist⑤ Lescaractéris)quesessen)ellesdelaConversionAnalogique/
Numérique
Unsignal?
Master1op?onIEMH-ISM Méthodederecueiletdetraitementdedonnées6
Domaine
Ingénierieélectrique
Défini)on
Manifesta)ond’unphénomènephysiqueobservableélectriquement
7
Unsignal?
Quelleestlagrandeurélectriqueassociée?
EDSMH,MasterProIEMH&Forma?oninterne-ISM Acquisi?onettraitementduSignal–Uneintroduc?on7
Lesignaldélivréparuncapteurestgénéralementunetensionanalogique
Signalcon)nuàtempscon)nu=signalanalogique
8
Unsignal?
EDSMH,MasterProIEMH&Forma?oninterne-ISM Acquisi?onettraitementduSignal–Uneintroduc?on8
Qu’est-cequ’unsignalanalogique?
Lesupportd’uneinforma)onquipeut,àtoutinstantd’unintervalledetempsdonné,prendretoutevaleurdansunintervalled’amplitudedonné
Amin
Amax
Tmin Tmax
Infinitédepossibilités
Plan
Master1op?onIEMH-ISM Méthodederecueiletdetraitementdedonnées9
Premièrepar)e–Signal,no)onsdemétrologie,acquisi)on
① Présenta)onduconceptdeSignal② No)onsdemétrologie–Capteur③ Dumondeanalogiqueaumondenumérique:lecomposant④ LesdifférentesétapesdeceLeconversionetlethéorèmede
Shannon-Nyquist⑤ Lescaractéris)quesessen)ellesdelaConversionAnalogique/
Numérique
Métrologie
Master1op?onIEMH-ISM Méthodederecueiletdetraitementdedonnées11
Capteur
Disposi)fdemesurepermeLantdetransformerunmesurandeenunegrandeuru)lisableexpérimentalement
Mesurande
Grandeurphysiquequel’onveutmesurer
Métrologie
Master1op?onIEMH-ISM Méthodederecueiletdetraitementdedonnées12
Connaissez-vousd’autresmesurandesetleurscapteursassociés?
Mesurande Capteur
Métrologie
Master1op?onIEMH-ISM Méthodederecueiletdetraitementdedonnées16
Mesurage–Effectuerdesmesures
Processusconsistantàobtenirexpérimentalementuneouplusieursvaleursquel'onpeutraisonnablement
aLribueràunmesurande
Pourquoi«raisonnablement»?
Grandeurd’influence
Lecapteur,sensibleaumesurande,peutégalementl’être,dansunemoindremesure,àd’autresgrandeursphysiques
Métrologie
Master1op?onIEMH-ISM Méthodederecueiletdetraitementdedonnées19
Mesurage–Effectuerdesmesures
Processusconsistantàobtenirexpérimentalementuneouplusieursvaleursquel'onpeutraisonnablement
aLribueràunmesurande
Erreursdemesure
● Erreurssystéma)ques décalageconstantentrevaleurvraieetmesurée!
● Erreursaccidentelles décalagealéatoireentrevaleurvraieetmesurée !!
Métrologie
Master1op?onIEMH-ISM Méthodederecueiletdetraitementdedonnées20
Erreursdemesure
● Erreurssystéma)ques● Erreursaccidentelles
ValeurvraieValeurmesurée
Métrologie
Master1op?onIEMH-ISM Méthodederecueiletdetraitementdedonnées21
Erreursdemesure
● Erreurssystéma)ques● Erreursaccidentelles
ValeurvraieValeurmesurée
Capteurfidèlemaisnonjuste
Métrologie
Master1op?onIEMH-ISM Méthodederecueiletdetraitementdedonnées22
Erreursdemesure
● Erreurssystéma)ques● Erreursaccidentelles
ValeurvraieValeurmesurée
Capteurjustemaisnonfidèle
Métrologie
Master1op?onIEMH-ISM Méthodederecueiletdetraitementdedonnées23
Erreursdemesure
● Erreurssystéma)ques● Erreursaccidentelles
ValeurvraieValeurmesurée
Capteurnijustenifidèle
Métrologie
Master1op?onIEMH-ISM Méthodederecueiletdetraitementdedonnées24
Erreursdemesure
● Erreurssystéma)ques● Erreursaccidentelles
ValeurvraieValeurmesurée
Capteurjuste&fidèle:précis
Métrologie
Master1op?onIEMH-ISM Méthodederecueiletdetraitementdedonnées25
Onseproposed’étudierlatempératured’unepièceréguléeà24°C.Voicidesvaleursobtenueslorsdecemesurage:
24,6°C 23,2°C 24,7°C 23,4°C 24,1°C
Calculerlavaleurmoyenneetl’écarttypedecesmesuresPeut-ondiresilecapteuru)liséestjusteetfidèle?
29
Métrologie
Master1op?onIEMH-ISM Méthodederecueiletdetraitementdedonnées29
Résolu)on
Lapluspe)tevaria)ondumesurandeobservableparlecapteur
Métrologie
Master1op?onIEMH-ISM Méthodederecueiletdetraitementdedonnées30
Onsaitmaintenantquelecapteuru)liséaunerésolu)onde0.1°C
Capteurjuste
Fidèle?
33
Métrologie
Master1op?onIEMH-ISM Méthodederecueiletdetraitementdedonnées33
CAPTEURMesurandem
m.s-1N°Cetc.
Tensionanalogique
VoltSENSIBILITE
Trèssouvent,cequedélivrelecapteurestunetensionanalogiqueIlfautpasserdelagrandeurdumesurandeàdesvolts
34
Métrologie
Master1op?onIEMH-ISM Méthodederecueiletdetraitementdedonnées34
Résolu)on
Lapluspe)tevaria)ondumesurandeobservableparlecapteur
Sensibilité
Réponseducapteurenfonc)ondumesurande● Sensibilitésta)que● Sensibilitédynamique
Métrologie
Master1op?onIEMH-ISM Méthodederecueiletdetraitementdedonnées35
Onsaitmaintenantquepour24°C,lecapteurdélivre0Volt.Onob)entletableausuivantlorsdesmesures
sta)ques
°C 24,6°C 23,2°C 24,7°C 23,4°C 24,1°CVolt 0,06 -0,08 0,07 -0,06 0,01
Donnerl’équa)onquilielatensionVdesor)educapteuraumesurandeT(température)
Quelleestlasensibilitéducapteur?
Présenta)on,objec)fs
Master1op?onIEMH-ISM Méthodederecueiletdetraitementdedonnées37
ORDINATEUR
Signal
Capteurs Mesurande
Mondenumérique
?l
Mondeanalogique
Numérique(binaire)
Traitement
Plan
Master1op?onIEMH-ISM Méthodederecueiletdetraitementdedonnées38
Premièrepar)e–Signal,no)onsdemétrologie,acquisi)on
① Présenta)onduconceptdeSignal② No)onsdemétrologie–Capteur③ Dumondeanalogiqueaumondenumérique:lecomposant④ LesdifférentesétapesdeceLeconversionetlethéorèmede
Shannon-Nyquist⑤ Lescaractéris)quesessen)ellesdelaConversionAnalogique/
Numérique
LeConver)sseurAnalogiqueNumérique
Master1op?onIEMH-ISM Méthodederecueiletdetraitementdedonnées39
Défini)on
Composantélectroniquedes)néàfournirunereprésenta)onnumériqued’unsignalanalogique
Signalcon)nuàtempscon)nu
temps
Amplitude
LeConver)sseurAnalogiqueNumérique
Master1op?onIEMH-ISM Méthodederecueiletdetraitementdedonnées41
Nombreusestechnologies
Simplerampe,Doublerampe,Flash,DeltaSigma,etc.Toutespassentd’unereprésenta)onanalogique
àunereprésenta)onnumérique
?temps
Amplitude
?
LeConver)sseurAnalogiqueNumérique
Master1op?onIEMH-ISM Méthodederecueiletdetraitementdedonnées43
Premierétatdefait
Cecomposantprenduncertaintempspoureffectuerlesconversions
Deuxièmeétatdefait
Cecomposantnepeutpasrendrecomptedel’infinitédevaleursquepeutprendrelesignalanalogique
(Cfprécédemment)
Plan
Master1op?onIEMH-ISM Méthodederecueiletdetraitementdedonnées44
Premièrepar)e–Signal,no)onsdemétrologie,acquisi)on
① Présenta)onduconceptdeSignal② No)onsdemétrologie–Capteur③ Dumondeanalogiqueaumondenumérique:lecomposant④ LesdifférentesétapesdeceLeconversionetlethéorèmede
Shannon-Nyquist⑤ Lescaractéris)quesessen)ellesdelaConversionAnalogique/
Numérique
LeConver)sseurAnalogiqueNumérique
Conséquencepremierétatdefait
ECHANTILLONNAGE
Master1op?onIEMH-ISM Méthodederecueiletdetraitementdedonnées46
Conséquencedeuxièmeétatdefait
QUANTIFICATION
LesdifférentesétapesdeceLeconversion
L’étaped’échan)llonnage
Capturerdesvaleursdusignalàintervalledetempsrégulier
Master1op?onIEMH-ISM Méthodederecueiletdetraitementdedonnées49
t
tT0T0-ΔtT0-2ΔtT0-3Δt
…
L’étaped’échan)llonnage
CepasdetempsΔtestappelépérioded’échan)llonnageSouventnotéTe–Soninverseestlafréquence
d’échan)llonnageFe
LesdifférentesétapesdeceLeconversion
Master1op?onIEMH-ISM Méthodederecueiletdetraitementdedonnées50
t
t
…
T0T0-ΔtT0-2ΔtT0-3Δt
LesdifférentesétapesdeceLeconversion
Master1op?onIEMH-ISM Méthodederecueiletdetraitementdedonnées51
Peut-onchoisirn’importequellevaleurpourFe?
Soitlesignalsuivant:
s(t) = cos(2π t)
QuelleestlapériodeTdecesignal?Quelledevraêtrelafréquenced’échan)llonnagesion
souhaiteavoir4échan)llonsparpériode?Auminimum,combiend’échan)llondoit-onavoirpour
recons)tuercorrectementcesignal?Quevautalorslafréquenced’échan)llonnage?
LesdifférentesétapesdeceLeconversionLethéorèmedeShannon-Nyquist
Signalini)alSignalcorrectement
échan)llonnéSignal«sous»échan)llonné
Master1op?onIEMH-ISM Méthodederecueiletdetraitementdedonnées57
ThéorèmedeShannonNyquist
Pouracquérircorrectementunsignal,lafréquenced’échan)llonnagedoitêtreégaleousupérieureaudoubledelafréquence
maximalecontenuedanscesignal
EDSMH,MasterProIEMH&Forma?oninterne-ISM Acquisi?onettraitementduSignal–Uneintroduc?on58
LesdifférentesétapesdeceLeconversion
L’étapedeQuan)fica)on
Associeràchaqueéchan)llonlavaleurdiscrètelaplusprocheprisedansunensemblefinidevaleursdiscrètes
Master1op?onIEMH-ISM Méthodederecueiletdetraitementdedonnées59
V0
V1
V3V2
V4V5Véchan)llon
LesdifférentesétapesdeceLeconversion
Master1op?onIEMH-ISM Méthodederecueiletdetraitementdedonnées60
Commentchoisit-oncesvaleursdiscrètes?UnCANaccepteunetensiond’entréevariantentre+10et-10Volts.Aprèséchan)llonnage,laquan)fica)onestfaitesurunensembledevaleursdiscrètescomportant8éléments.Sachantquelavaleurdiscrète0faitpar)de
cetensemble,quellessontlesautresvaleurs?
62
LesdifférentesétapesdeceLeconversion
Master1op?onIEMH-ISM Méthodederecueiletdetraitementdedonnées62
Commentsonttransforméeslesvaleurséchan)llonnée?Silasériedesvaleurséchan)llonnéeestlasuivante:
3.2456;4.2249;-8.4923;0.0802Quelleestlasériedesvaleursdiscrètes?
LesdifférentesétapesdeceLeconversion
L’étapedeCodage
Danslaréalitélenombred’élémentsesttrèsgrand(plusieursmilliers)etchaqueélémentestdirectementcodéenbinaire.
C’estcequel’onappelleleCODAGE
Master1op?onIEMH-ISM Méthodederecueiletdetraitementdedonnées64
0000
0101
00110100
00100001
Véchan)llon0110
01111000
1001
10101011
1100
1101
1111
1110
LesdifférentesétapesdeceLeconversion
Master1op?onIEMH-ISM Méthodederecueiletdetraitementdedonnées65
Enpartantdel’exempleprécédent,Combiendebitssontnécessairesau
minimum?
Existe-t-ilplusieurscodagepossibles?
Quelcodeproposeriez-vous?
Quelestlelienentrelenombredevaleursdiscrètesetlenombredebits
decescodes?
Quelleestlapluspe)tevaria)ondécelable?Quelestsonlienaveclenombredebitsdecescodes?
LesdifférentesétapesdeceLeconversion
ECHANTILLONNAGE
QUANTIFICATION
CODAGE
Signalanalogique
Signalnumérique
Acquisi)on�numérisa)on
!"EDSMH,MasterProIEMH&Forma?oninterne-ISM Acquisi?onettraitementduSignal–Uneintroduc?on69
Laconversionanalogiquenumérique
Master1op?onIEMH-ISM Méthodederecueiletdetraitementdedonnées70
Synthèse
LaCANpermetdepasserd’unereprésenta)onanalogiqueàunereprésenta)onnumériquemanipulablesurordinateur
Signalcon)nuàtempscon)nu
temps
Amplitude
temps
Amplitude
0110
0011
0111
1110
0001
0000
Signaldiscretàtempsdiscret
Signalnumérique=
Plan
Master1op?onIEMH-ISM Méthodederecueiletdetraitementdedonnées71
Premièrepar)e–Signal,no)onsdemétrologie,acquisi)on
① Présenta)onduconceptdeSignal② No)onsdemétrologie–Capteur③ Dumondeanalogiqueaumondenumérique:lecomposant④ LesdifférentesétapesdeceLeconversionetlethéorèmede
Shannon-Nyquist⑤ Lescaractéris)quesessen)ellesdelaConversionAnalogique/
Numérique
Lescaractéris)quesessen)ellesdelaCAN
EDSMH,MasterProIEMH&Forma?oninterne-ISM Acquisi?onettraitementduSignal–Uneintroduc?on74
Lenombredevaleursdiscrètespossibles
2n
Résolu)on
C’estlenombre«n»debitsduCAN
Tempsdeconversion
C’estletempsmisparleCANpouréchan)llonnerlesignaletdélivrersoncodeassocié(lienavecFemax)
Lescaractéris)quesessen)ellesdelaCAN
EDSMH,MasterProIEMH&Forma?oninterne-ISM Acquisi?onettraitementduSignal–Uneintroduc?on76
Tensionpleineéchelle
C’estlalongueurdelagammedelatensiond’entrée:|Vmax-Vmin|
Gammedelatensiond’entrée
C’estl’intervalledetensiondanslaquellelesignald’entréepeutévoluer
[Vmin,Vmax]
Lescaractéris)quesessen)ellesdelaCAN
EDSMH,MasterProIEMH&Forma?oninterne-ISM Acquisi?onettraitementduSignal–Uneintroduc?on78
Codage
C’estlecodedélivréeparleCAN
Pasdequan)fica)onq(Précision)
C’estlerapportdelatensionpleineéchelleaunombredevaleursdiscrètespossibles:
q=|Vmax–Vmin|/2n
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