Conversion signal analogique à signal numérique

[imabanana]

Bonjour, je suis en deuxième année de prépa psi et dans le cadre de mon TIPE, je dois convertir un signal analogique reçu d'une bobine en un signal numérique que je pourrai par la suite traiter avec un code python (par exemple).
Cependant, je suis un peu dans le flou concernant cette conversion. J'ai besoin d'une fréquence d'échantillonnage de 20kHz au moins pour respecter le critère de Shannon (le signal analogique est de 10kHz), avec un passe bas en entrée pour limiter l'effet de repliement de spectre. J'ai fait des recherches concernant le CAN à utiliser, mais on m'a dit qu'il faudrait mettre en place un circuit imprimé etc... ce qui complique vraiment mon projet.
Savez vous s'il existe des cartes d'acquisitions prêtes permettant la numérisation puis le traitement d'un signal de 10kHz ? En effet je ne comprend pas vraiment comment utiliser un CAN au sens pur du terme (i.e à quoi le brancher très concrètement...), et je n'ai pas trouvé la solution à mon problème au fil de mes recherches.

Merci d'avance pour vos réponses éventuelles, n'hésitez pas pour plus de précision si besoin.
PS : je me suis penchée sur des CAN sigma delta et la microchirp MCP3008 entre autre, mais je ne sais pas concrètement quoi en faire
Imbanana
-----

[gts2]

Bonjour,

Vous n'auriez pas d'oscillo numériques par hasard ?
A moins que vous ne deviez faire du temps réel ? Mais avec Python, c'est pas gagné.

[gienas]

Bonsoir imabanana et tout le grpupe

Bienvenue sur le forum.

... je dois convertir un signal analogique reçu d'une bobine en un signal numérique ...

Hum. La première des questions à se poser c’est de savoir quelle grandeur (courant ou tension) tu veux échantillonneur. C’est probablement les deux puisque l’inductance emmagasine l’énergie sous forme de courant. Il faut donc le faire passer dans un shunt pour en connaître la valeur.

[imabanana]

je dois observer les variations d'un signal analogique, donc oui effectivement python ce n'est pas l'idéal mais pour être très honnête, je m'occupe seulement de la conversion du signal

[A voir en vidéo sur Futura]

[imabanana]

Bonsoir, merci !
je souhaite numériser une intensité. En fait, je cherche à faire un détecteur de métaux, donc à numériser le signal de façon à observer la variation du courant induit au sein d'une bobine réceptrice à l'approche d'un métal (variation causée par la modification du champ magnétique d'une bobine émettrice qui fait donc varier l'inductance propre). Je ne sais pas vraiment ce qu'est un shunt désolé, si vous parlez le mesurer le courant reçu, c'est fait, il est de l'ordre de quelques mA, si vous parlez de la résistance interne de la bobine, nous l'avons aussi fait. Désolée pour la réponse imprécise, je pourrai être plus claire en sachant ce qu'est un shunt

[Vincent PETIT]

Bonjour,

Savez vous s'il existe des cartes d'acquisitions prêtes permettant la numérisation puis le traitement d'un signal de 10kHz ? En effet je ne comprend pas vraiment comment utiliser un CAN au sens pur du terme (i.e à quoi le brancher très concrètement...), et je n'ai pas trouvé la solution à mon problème au fil de mes recherches.

Et une carte Arduino ?

Par contre je te conseille d'échantillonner plus vite que 20kHz sinon tu vas devoir créer un filtre antialiasing d'ordre très très élevé. Tu n'as qu'une octave de différence entre Fsignal et Féchantillonnage ça veut dire qu'avec un simple filtre du premier ordre (1 pôle = 6dB/octave) tu n'auras qu'une division par 2 des tensions (non désirées) égales à Féchantillonnage.

[imabanana]

J'ai pensé à une carte arduino, et raspberrypi, mais mon professeur d'informatique m'a dit que ces cartes d'acquisitions ne pourrait clairement pas aller au delà de 20kHz, ce qui m'a étonné parceque 20Khz n'est pas si haut, mais j'ai écarté cette solution après lui en avoir parlé. Vous pensez qu'un échantillonnage à une telle fréquence serait possible avec ?
En ce qui concerne la fréquence d'échantillonnage, je vais effectivement essayé d'être large au niveau du critère de Shannon, sinon c'est vrai que le repliement risque d'être plus que présent.

[gts2]

Un shunt c'est simplement une petite résistance (pour ne pas perturber le circuit) qui sert à transformer le courant en tension (U=RI)

Il faudrait le fonctionnement précis de votre détecteur :
- on ne détecte pas forcément un courant
- pourquoi y-a-t-il besoin de numérique ?
- que mesurez-vous exactement ? Ce n'est pas parce que l'oscillateur qui commande la bobine fonctionne à 10 kHz qu'on doit échantillonner à cette cadence.

[imabanana]

Ahh oui d'accord, je n'avais pas le terme, merci.
Le principe c'est qu'un a une première bobine (250sp, 18mH) alimentée avec une tension sinusoïdale 2Vpp et 10kHz, qui va donc générer un champ magnétique B1, qui sera reçu par une bobine réceptrice, dans laquelle va donc apparaître un courant induit (courant de foucault en somme). C'est la tension aux bornes de cette bobine que je dois numériser, pour traiter le signal et détecter les perturbations (i.e la présence d'un métal entre les deux bobines)
La numérisation est nécessaire pour le cheminement de mon tipe, j'ai déjà fait des détecteurs analogiques (dont un foiré, mais peu importe c'est à cause d'une erreur de raisonnement de ma part, ça reste de la matière pour ma présentation), et la suite repose sur l'utilisation du numérique pour palier aux incertitudes qui reposent sur les composants analogiques (j'ai conscience que l'argument est fumeux hahaha)
voilà pour les précisions demandées

[Vincent PETIT]

Vous pensez qu'un échantillonnage à une telle fréquence serait possible avec ?

Si on prend un Arduino UNO (micro ATMEGA328P), le fabricant dit dans sa doc :

Up to 76.9kSPS (Up to 15kSPS at Maximum Resolution)

Je viens de lire en diagonal mais 76.9kHz impliquerait d'utiliser que 8 bits de l'ADC. Si on veut la précision de 10 bits alors effectivement ton prof à raison on est limité à 15kHz.

[gts2]

Le principe c'est qu'un a une première bobine (250sp, 18mH) alimentée avec une tension sinusoïdale 2Vpp et 10kHz, qui va donc générer un champ magnétique B1, qui sera reçu par une bobine réceptrice, dans laquelle va donc apparaître un courant induit (courant de Foucault en somme). C'est la tension aux bornes de cette bobine que je dois numérise

A priori votre bobine réceptrice est en circuit ouvert donc pas de courant induit mais bien une fem, et pas de courants de Foucault non plus (ceux-ci ont lieu dans le bout de métal que vous chercher à détecter)

Il s'agit, je suppose de détecter l'amplitude et la phase de cette fem, et cette variation se passe à basse fréquence (très inférieure à vos 10 kHz), avec un peu d'analogique on peut récupérer les deux.

[imabanana]

une précision de 8bits ne serait pas assez, pas vrai ?

[imabanana]

Mais si la bobine émettrice est alimentée à 10kHz, la fem ne sera-t-elle pas elle aussi à 10kHz, puisque la bobine est un dipôle linéaire ? Je n'ai pas compris pour "avec un peu d'analogique on peut récupérer les deux". Je ne vois juste vraiment pas la solution pour convertir mon signal et pouvoir le traiter pour détecter les perturbations (donc les variations de la fem, de ce que vous venez de m'expliquer). Merci pour les précisions sur les courants de foucault, mais si la bobine est parcourue par un champ magnétique, un courant va bien apparaitre non ?

[Gwinver]

Bonsoir.

Côté cartes, il y a les Raspberry pi pico qui supportent le Python, plus performantes que l'Arduino.

A priori capable d'atteindre les 44.1 kHz en vitesse d'échantillonnage.

https://www.elektormagazine.fr/artic...merique-s-pdif

Et ici, une application en analyseur de spectre audio:

https://www.framboise314.fr/un-analy...berry-pi-pico/

Je sais aussi qu'Arduino vient d'introduire un processeur plus performant: l'Arduino Uno R4.

[gts2]

une précision de 8bits ne serait pas assez, pas vrai ?

Cela dépend, il faut d'abord savoir ce que vous mesurez et les variations obtenues : quand vous approchez un bout de métal de votre bobine, qu'est ce que cela change ?
Si les variations de xx sont importantes, 8 bits peuvent suffire, si elles sont faibles il faut raisonner en différence (donc là encore un peu d'analogique) et là encore 8 bits peuvent suffire.

[gts2]

Mais si la bobine émettrice est alimentée à 10kHz, la fem ne sera-t-elle pas elle aussi à 10kHz, puisque la bobine est un dipôle linéaire ? Je n'ai pas compris pour "avec un peu d'analogique on peut récupérer les deux".

Oui pour les 10 kHz, mais encore une fois, que mesurez-vous ? Si c'est l'amplitude de la sinusoïde, un simple détecteur crête-crête vous donnera une tension quasi constante que vous pourrez échantillonner à 10 Hz.
Je répète : il faut d'abord étudier la sortie avant de décider ce que vous mesurez.

Mais si la bobine est parcourue par un champ magnétique, un courant va bien apparaitre non ?

Non : il va apparaitre une fem et si vous fermez le circuit il apparaitra un courant, le courant induit est une conséquence de la fem qui est le phénomène premier.

[Antoane]

Bonjour,

pour 10kHz, pourquoi ne pas utiliser une carte son de PC ?

Sinon, comme déjà proposé sans être relevé, me semble-t-il, un oscillo fera le travail, mais pas en temps réel.

[imabanana]

Bonjour,
d'accord, je vais me renseigner là dessus, merci beaucoup !

[imabanana]

Quand on met du métal entre les deux bobines, la fem dans la bobine va varier (je viens de voir le cours ce matin, effectivement pas de courant induit dans mon cas), les variations sont relativement faibles, de l'ordre de 8mV en moyenne

[imabanana]

ahh pardon, c'est l'amplitude du signal qui va varier à l'approche de métal, effectivement un detecteur de crête bien dimensionné permettrait de lisser le signal et de directement detecter la variation de l'amplitude du signal.
mais la fréquence du signal a aussi une importance, du moins pour décider de la fréquence d'échantillonnage choisie

[imabanana]

Bonjour,
comment pourrais-je utiliser une carte son à cet effet ? en terme pratique, je veux dire.
Un oscillo ne fonctionnerait pas vraiment pour ce que je veux faire

[Antoane]

comment pourrais-je utiliser une carte son à cet effet ? en terme pratique, je veux dire.

Ce la consiste à injecter la tension à mesurer sur l'entrée microphone, et à extraire le train de bits avec le logiciel adéquat pour en faire le traitement. Il y a des limitations en termes de bande passante (typ. pour les fréquences seulements au dessus de 20 Hz) et de tension (typ. < 700 mV => il faudra possiblement un petit circuit passif d'atténuation et de protection).
Je ne peux pas en dire beaucoup plus, mais google pourra, en particulier en anglais (eg. "use of pc soundcard as oscilloscope").

Un oscillo ne fonctionnerait pas vraiment pour ce que je veux faire

Pourquoi ?

[Gwinver]

Bonjour.

Pour préciser le dispositif de mesure.
Il y a une bobine émettrice à 10 kHz.
Une bobine réceptrice.
Et la pièce de métal passe entre les deux bobines.
Lorsque la pièce métallique passe entre les deux bobines, le signal reçu varie en amplitude.

Est-ce bien cela?

[imabanana]

concrètement : comment je dois utilliser la raspberrypi pico ? je veux dire : à quoi la brancher, où mettre la carte ?

[gts2]

Vous avez des bibliothèques Python (pyaudio par ex.) qui permettent la récupération des données.

J'ai essayé (simulation...) à 44100 Hz de fréquence d'échantillonnage et le signal à 10 kHz, on récupère sans problème (*) l'amplitude et la phase.

(*) au problème près de fuite (leakage) spectrale, mais comme la fréquence de votre signal est connue...

[gts2]

ahh pardon, c'est l'amplitude du signal qui va varier à l'approche de métal, effectivement un detecteur de crête bien dimensionné permettrait de lisser le signal et de directement detecter la variation de l'amplitude du signal.
mais la fréquence du signal a aussi une importance, du moins pour décider de la fréquence d'échantillonnage choisie

Si vous mesurez en sortie du détecteur de crête, la fréquence du signal n'a aucune importance (sauf, bien sûr pour configurer votre détecteur).

[imabanana]

d'accord merci pour l'utilisation de la carte son, en ce qui concerne l'oscillo, je veux faire un traitement numérique en temps réel, donc ça ne conviendrait pas

[imabanana]

Je me suis mal exprimée; le but est de retirer toute (sauf les bobines) la partie analogique du détecteur, donc je ne mettrait pas de détecteur de crête.
En ce qui concerne la numérisation, nous venons de comprendre que baisser la fréquence à la bobine réceptrice ne change pas les variations d'amplitude de la fem, donc nous avons tout simplement décidé de baisser cette fréquence pour pouvoir utiliser arduino, mais je vais me renseigner sur les bibliothèques que vous avez précisé pour rentrer au mieux dans le programme

[gts2]

Nous venons de comprendre que baisser la fréquence à la bobine réceptrice ne change pas les variations d'amplitude de la fem.

Vous êtes sûr ?

[Gwinver]

Bonjour.
Que ce soit l'Arduino ou le Raspberry Pi Pico, il est possible de faire un montage sur plaquette 'essai comme montré sur cette image:



L'Arduino est livré avec ses broches, le Raspberry peut être livré avec ou sans. Si c'est sans, il est très simple d'en installer. Le cas échéant, il sera possible d'indiquer un tuto.
L'Arduino a l'avantage de disposer d'une famille très large de carte fille nommées "shields" que l'on peut simplement enficher.

Ici, un exemple de ce genre de carte:
https://www.wigi.fr/pr241715/shield-audio-pour-arduino

Ce n'est qu'un exemple.

Sinon, la carte Arduino dispose d'entrées analogiques, je ne connais pas la fréquence d'échantillonnage maximale.
Mais, il est possible que l'Arduino Uno R4 puisse aller plus haut en fréquence. La fréquence d'horloge passe de 16 MHz à 48 MHz.

A signaler que l'Arduino pourrait aussi générer le signal de la bobine émettrice.

Nous venons de comprendre que baisser la fréquence à la bobine réceptrice ne change pas les variations d'amplitude de la fem

De ce que je comprends, le signal départ est sur la bobine émettrice, la bobine réceptrice ne fait que recevoir le signal émis plus ou moins fort en fonction de la présence de métal entre les deux bobines. Il faudrait donc préciser : s'agit-il de changer la fréquence de la bobine réceptrice ou émettrice. La logique voudrait que ce soit la bobine émettrice, ce qui permet d'échantillonner moins vite le signal issu de la bobine réceptrice.
Egalement, il ne s'agit probablement pas d'un gros changement.