Sommaire
Introduction générale
........................................................................................
3
Introduction
..............................................................................................
4
Présentation de la carte d’instrumentation
des signaux analogiques ELVIS II..... 5
Partie 1 : Manipulation 1
........................................................................
8
1.But de TP : .............................................................................................
8
2.Définition des filtres actifs et passifs .................................................... 8
5.La fréquence de coupure : ...................................................................
10
10 . Interprétations :
................................................................................
14
11 . Conclusion
..........................................................................................
15
Partie 2 : Manipulation 2
........................................................................
16
4 . Interprétations : .................................................................................
19
Conclusion
................................................................................................
20
Introduction générale
Les étudiants en ingénierie ont besoin de voir les
concepts qui leur sont enseignés dans le contexte de systèmes réels. Ils
doivent explorer les principes fondamentaux utilisés dans les systèmes
d'ingénierie, tout en travaillant en équipe et en appliquant ces principes
rapidement et efficacement.
Les étudiants peuvent effectuer des mesures plus
vite et en toute confiance, tout en expérimentant de manière plus approfondie à
l'aide de NI ELVIS, qui combine les instruments de qualité industrielle les
plus importants dans une solution unique intuitive. Dans cette courte série
vidéo pratique, découvrez comment les instruments NI ELVIS complètent votre
programme.
L’objectif de ce TP est d’acquérir des compétences
en matière de manipulation des circuits électroniques ainsi que d’utiliser la
carte ELVIS pour générer des signaux et passer par la suite aux concepts de la
programmation graphique avancée LABVIEW.
Introduction
Ce TP propose de découvrir la carte
d’instrumentation ELVIS II d’analyse des données et filtrage électronique des
signaux analogiques ainsi que l’acquisition des signaux provenant de la carte
ELVIS II, ensuite, la supervision en temps réel des états des signaux via la
programmation LABVIEW.
Le TP 5 est divisé en 2 manipulations. La première
manipulation permet de concevoir un circuit électronique à base de filtre
passe-bas sur la carte ELVIS II dans un ordinateur via une interface LABVIEW.
Présentation de la carte
d’instrumentation des signaux
analogiques ELVIS II
NI ELVIS II (Engineering Laboratory Virtual
Instrumentation Suite) est un matériel de travaux pratiques modulaires pour
l'enseignement des sciences de l'ingénieur qui a été développé spécifiquement
pour l’enseignement supérieur. Son approche pratique permet aux enseignants
d'aider les étudiants à acquérir des compétences pratiques et expérimentales.
NI ELVIS II propose un ensemble intégré de 12 des instruments les plus utilisés
en laboratoire, parmi lesquels un oscilloscope, un multimètre numérique, un
générateur de fonctions, une alimentation variable et un analyseur de Bode.
Grâce à cette carte , on peut connecter
un PC pour effectuer ces diverses mesures par le biais de l'USB plug-and-play
et construire des circuits sur une carte de prototypage amovible. NI ELVIS
intègre l'acquisition de données et contrôle/commande dans chaque nouveau défi
de conception, avec 16 entrées analogiques, quatre sorties analogiques et 40
lignes d'E/S numériques, toutes alimentées par un FPGA Zynq de Xilinx
entièrement programmable. La souplesse de programmation pour l’envoi, la
réception et le traitement des signaux vous fournit un ensemble d'opportunités
expérimentales en constante expansion pour des expériences pédagogiques
authentiques.
Figure 1: NI ELVIS II Plug-In Board Module Development Kit
La carte professionnelle ELVIS II combine le
hardware et le software ; la figure suivante montre un système NI ELVIS II
typique.
Figure 2: Système NI ELVIS II typique
La carte Prototyping est une
carte d’expérimentation sur laquelle on peut réaliser son propre projet
électronique en montant les composants électroniques sur les breadbord à
disposition. Par la suite, il est possible d’effectuer toutes les mesures
nécessaires en utilisant les logiciels installés sur ordinateur qui fonctionne
comme des instruments de mesure.
Cette carte contient également différents
connecteurs et des indicateurs à voyants qui rendent possible l’interface avec
des circuits extérieurs ou bien l’affichage des stades sur la carte. La figure
3 montre les différents composants de la Breadbord.
Figure 3: Différents composants de la
Breadbord
Partie
1 : Manipulation 1
1. But de
TP :
Le but de ce 5éme TP peut être
décrit en trois points essentielles :
• Manipuler des circuits électroniques.
• Acquérir les données via la carte professionnelle ELVIS II
• Réaliser un programme graphique avancé LABVIEW.
2. Définition
des filtres actifs et passifs :
La fonction filtrage de fréquence sert à assurer la
suppression des signaux de fréquences non désirée et conserver ou même
amplifier, les signaux de fréquence désirée.
Filtre
passe-bas : Un filtre passe-bas est un filtre qui
laisse passer les basses fréquences et qui atténue les hautes fréquences,
c'est-à-dire les fréquences supérieures à la fréquence de
coupure.
On peut distinguer deux types de filtres : filtre
actif et filtre passif . Les filtres
passifs : Un filtre passif passe bas est un filtre constitué uniquement
d'éléments passifs, qui laisse passer les fréquences avec peu d'atténuation
jusqu'à une fréquence de coupure, et qui les atténue au-delà de cette fréquence
de coupure.
Les filtres
actifs : Les filtres actifs utilisent au moins un composant actif (transistor, amplificateur
opérationnel…).
3.
Nature des filtres :
Figure 4: filtre passif 1er ordre
Il s’agit d’un filtre passif,
passe-bas 1er ordre : filtre constitué d’éléments passifs uniquement
(R-C) et d’un seul étage. Il est défini par la fonction de transfert suivante :
Diagramme
de Bode :
Figure 5: filtre passif passe-bas 2éme
ordre
Ce filtre est passif, passe-bas 2éme ordre (2 cellules
RC en cascade) , le comportement de ce filtre peut être étudié en étudiant
chacun des deux filtres successivement :
1 Ici nous avons : R1=R2=R et C1=C2=C donc ω01=ω02=
𝑅𝐶
On déduit alors la fonction de
transfert globale :
𝜔0 𝑒𝑡 𝜔1 𝑠𝑜𝑛𝑡
𝑙𝑒𝑠 𝑝𝑢𝑙𝑠𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛𝑠
𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑢𝑝𝑢𝑟𝑒.
Le diagramme de Bode peut être
représenté comme le montre la figure suivante :
Dernier
Filtre :
Figure 7: filtre actif passe-bas 2éme
ordre
C’est un filtre actif (présence
d’AOP) , passe-bas 2éme ordre.
3. Les résistances R2 et R3 ont pour but d’ajouter du gain au
filtre: l’amplificateur en question est un amplificateur non inverseur dont le
gain est :
La fréquence de coupure de ce filtre
correspond à :
1
𝑓𝑐 =
2 × 𝜋 × 𝑅 × 𝐶
6. Pour une fréquence de coupure fc=150Hz et à base des composants
présentés dans la figure 3, nous avons proposé les valeurs suivantes pour les
résistances et les capacités :
R=1KΩ et C=1µF
7. 9. Ensuite , nous avons réalisé les montages des figures
précédentes sur la carte ELVIS II avec comme entrée le port FGEN.
10. En
utilisant l’application de traceur de Bode, on obtient les résultats suivants
qui sont présentés dans les figures qui suivent :
Figure
12:Diagramme de Bode (gain et phase) du 3éme filtre
10 . Interprétations :
Le 1er filtre démontre une réponse en
fréquence relativement constante aux basses fréquences et un gain décroissant
aux fréquences supérieure à la fréquence de coupure qui, théoriquement, se
trouve à -3dB.
La fréquence de coupure calculée
théoriquement est aux alentours de 150Hz, le graphe montre que la fréquence de
coupure à -3dB se trouve effectivement à 150Hz
En ce
qui concerne la phase, le graphe obtenu vérifie les résultats théoriques, la
phase se trouve entre 0 et -𝜋.
2
Le 2éme filtre, qui est un filtre passe-bas
mais 2éme ordre, on constate que le graphe du gain n’a pas changé
par rapport au filtre précédent, mais c’est la phase qui se trouve ici entre 0
et -π et la fréquence de coupure qui se situe à -6dB dans ce cas.
Le dernier filtre qui correspond à un filtre passe-bas
actif, on remarque que le gain s’est amplifié grâce à l’AOP (×2fois), il ne
débute plus à 0, alors que la phase se trouve entre 0 et -π comme dans le
filtre précédent.
11 . Conclusion
Les résultats obtenus vérifient les résultats
théoriques. Il existe des petites malformations des courbes de la phase qui
sont dus aux bruits extérieurs.
Partie
2 : Manipulation 2
Le but de cette manipulation est de réaliser un
oscilloscope sur LABVIEW pour visualiser les sorties des filtres proposés
préalablement.
1. A partir du module NI ELVIS FunctionGenerator, on valide la
génération d’un signal sinusoïdal à la sortie FGEN en mode manuel.
2. Nous avons utilisé le module d’oscilloscope de NI ELVIS pour
créer l’oscilloscope.
3. Diagramme LABVIEW qui assure les fonctionnalités de la face-avant
de la figure suivante :
Figure 15: Face-avant de l'oscilloscope
à base du ELVIS II
Voici le diagramme dans la fig suivante réalisé en
LABVIEW :
Figure 16: Diagramme LABVIEW
Résultats :
4 . Interprétation:
Avec NI ELVIS oscilloscope, nous
avons pu visualiser les sorties des filtres proposés préalablement.
Nous constatons que les fréquences inférieures à la
fréquence de coupure sont éliminées, et que l’amplitude est égale à 2 fois l’amplitude
initial.
Conclusion
générale
Ce TP
effectué le Jeudi 21 Novembre 2019 avait pour but de construire des filtres
électroniques passe-bas sur la carte ELVIS II, puis visualiser les signaux
provenant de cette carte via une interface LABVIEW.
Durant
la première manipulation, nous avons réalisé les montages des filtres proposés
dans le TP ; filtre passe-bas passif 1er ordre, filtre passe-bas
passif 2éme ordre et finalement un filtre passe-bas actif du second ordre.
Les
résultats obtenus à l’aide de l’outil traceur de Bode sont conformes aux
résultats théoriques, et finalement , lors de la 2éme manipulation, nous avons
visualisé les signaux provenant de la carte
ELVIS II en concevant un oscilloscope sur LABVIEW.
🌟🌟Pour plus de détails🌟🌟
