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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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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Phasemètres électrodynamiques2. Méthodes basées sur l’utilisation d’un oscilloscope analogique
2.1 Méthode utilisant un oscilloscope à double trace
Les tensions e1 (t) et e2 (t) dont on mesure la différence de phase sont appliquées aux deux entrées de l’oscilloscope. Il faut au préalable ajuster l’offset de chaque voie sur les calibres utilisés de façon à ce qu’en l’absence de signal les deux traces se trouvent superposées sur la ligne horizontale du quadrillage de l’écran qui va représenter le zéro. Une fois les signaux appliqués, on repère sur cette ligne leur période T et le décalage t0 d’un des signaux par rapport à l’autre (voir figure 4). Le déphasage θ, exprimé en degrés entre les deux signaux, est alors donné par :
Il est utile de s’assurer que le déphasage propre des deux voies est le même. Il suffit pour cela de vérifier la parfaite coïncidence des deux traces lorsqu’on applique le même signal sur les deux entrées. Si un décalage est observé, il suffit de le prendre en compte en le retranchant de l’intervalle de temps t0 obtenu lors de la mesure.
Par ailleurs, pour une meilleure appréciation des passages par zéro des signaux, on règle généralement les gains de chacune des voies afin que l’amplitude de ceux-ci occupe toute la dynamique permise par l’écran. De même, pour apprécier au mieux le rapport t0/T, il est conseillé de régler la vitesse de balayage du spot et d’ajuster la position de l’axe horizontal de façon à ce qu’un front montant d’un des deux signaux passe par zéro au niveau de l’intersection de la première ligne verticale du quadrillage de l’écran avec cet axe et le front montant suivant au niveau de l’intersection de la dernière.
Cette méthode évalue, sans indécision, une différence de phase entre − 180° et + 180°. La précision de lecture de t0 étant cependant assez faible, les erreurs sur le déphasage peuvent atteindre la dizaine de degrés.
...
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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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