Bibliographie & annexes
Présentation
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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Méthodes basées sur l’utilisation d’un oscilloscope analogique1. Définitions et remarques préliminaires
1.1 Définitions
Soit un signal sinusoïdal s (t) de pulsation ω (ω = 2.π.f, f désignant la fréquence du signal) et d’amplitude A. Un tel signal est décrit par l’expression :
où ϕ est appelé « phase à l’origine du signal ».
À la différence de l’amplitude et de la fréquence, la phase ainsi définie n’est pas un paramètre intrinsèque caractéristique du signal, mais dépend de l’instant choisi comme origine des temps.
Considérons maintenant un second signal sinusoïdal de même fréquence que nous noterons :
Si ϕ1, comme ϕ, est lié au choix de l’origine des temps, la différence ϕ1 − ϕ, appelée « avance de phase du signal s1 (t) sur s (t) », en est quant à elle totalement indépendante et caractérise le décalage temporel entre les deux signaux.
Cette différence est nulle lorsqu’il n’y a pas de décalage entre les signaux (signaux en phase) et croît proportionnellement à ce décalage (signaux déphasés) pour prendre la valeur 2.π lorsque celui-ci atteint la valeur d’une période des signaux considérés.
HAUT DE PAGE1.2 Cas des signaux déformés
Nous entendons par « signal déformé » tout signal périodique qui n'est pas parfaitement sinusoïdal et ne pouvant donc pas être représenté par une fonction sinusoïdale. La notion de phase telle que définie au paragraphe précédent, et a fortiori la notion de déphasage, perdent alors leur sens.
Toutefois, par analogie avec les signaux sinusoïdaux, on dit par abus de langage que deux signaux périodiques de forme quelconque mais...
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Définitions et remarques préliminaires
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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