T.P. d`investigation : Analyse spectrale et filtrage d`un signal bruité

T.P. d'investigation :
Analyse spectrale et filtrage d’un signal bruité
Niveau et durée conseillée : Pré requis :
Tle génie électronique (4H00) Initiation à l’analyse spectrale des signaux périodiques
ou BTS industriel (2H00 +
(1 heure en classe entière) ; utilisation de l’oscilloscope ;
2H00)
aucun pré requis en filtrage.
1 STI avec version adaptée.
La semaine qui précède le TP : Le professeur fait découvrir l’analyse spectrale des signaux
périodiques. Il pourra par exemple présenter des spectres de vibrations sonores (l’utilisation
d’un logiciel type « Winoscillo » ou équivalent avec projection en temps réel des
oscillogrammes et spectres peut-être très utile).
Déroulement de la séquence de T.P. :
Proposition de montage : Un moteur entraine une machine tournante à courant continu utilisée
en dynamo tachymètrique La tension v(t) délivré par la dynamo tachymètrique doit être
fortement bruité.
Après avoir fait découvrir par les élèves les caractéristiques de la tension bruitée v(t) à travers
ses analyses temporelle et spectrale, le but de cette séance est de les faire chercher un
procédé pour éliminer le bruit.
Organisation du TP : Eventuellement pas de sujet, les indications et outils nécessaires au bon
déroulement de la séance et à la réalisation du compte-rendu peuvent être données au fur et à
mesure des besoins.
Déroulement de la séquence de TP :
1- Travail en binôme : Les élèves font tourner le moteur et visualisent l’oscillogramme
de la tension bruitée v(t).
2- Regroupement :
 Analyse temporelle qualitative de v(t) : Les élèves sont conduits à distinguer par
eux-mêmes la partie utile du signal et le bruit.
 Le professeur montre comment utiliser l’analyseur de spectre.
3- Travail en binôme : Les élèves réalisent l’analyse spectrale de v(t).
4- Regroupement :
 Analyse qualitative du spectre obtenu : Les élèves par eux-mêmes retrouvent sur le
spectre la partie utile du signal et le bruit.
 Le professeur introduit la question : Le bruit est-il gênant ? si oui comment
l’atténuer ?
A l’issue d’une réflexion commune, les élèves émettent l’hypothèse qu’un filtre
passe-bas pourrait atténuer ce bruit. Pour valider cette hypothèse le professeur
propose un objectif par exemple « atténuer l’harmonique principal du bruit de
20 dB » ou « réduire le rapport signal sur bruit de 80% » etc…
5- Travail en binômes : A partir d’outils mis à leur disposition (structure d’un filtre, R-C
conseillé pour sa simplicité, définition de la fréquence de coupure à -3 dB et mode de
calcul
, traceur automatique de diagramme de Bode), les élèves conçoivent
puis réalisent et teste un filtre.
Réinvestissement: Exposé par quelques élèves de leurs travaux, amélioration apportée par un
filtre du 2ième ordre, cours et TD sur l’analyse spectrale et le filtrage.
Auteur(s)
Jean-Paul Nougué – Lycée Vauvenargues Aix en Provence (13) Nov. 2009
REMARQUES PERSONNELLES :
Ce TP a été testé avec une classe de BTS MAI 2ième année (sujet nouveau pour eux) et
une classe de BTS IRIS 2ième année. Il semble avoir été apprécié par la plupart des
élèves. L’un deux s’est même écrié à la fin « ça marche ! ». Il fait tout de même figure
d’exception…
Les élèves se sont appropriés assez rapidement les outils proposés pour la conception
du filtre mais j’ai fini par les aider pour déterminer la valeur de la fréquence de coupure.
DOCUMENTS D’ILLUSTRATION