Détection synchrone

Un article de Wikipédia, l'encyclopédie libre.
Aller à : navigation, rechercher
Un amplificateur à détection synchrone.

La détection synchrone est une technique de traitement du signal hétérodyne utilisée en mesure physique permettant d'extraire des signaux de faible amplitude, mais à bande étroite, noyés dans du bruit important, à large bande, par multiplication du signal par un signal sinusoïdal de fréquence proche de celle de la fréquence moyenne à détecter[1].

Elle se fait au moyen d'un instrument appelé amplificateur à détection synchrone (en anglais lock-in amplifier)[réf. nécessaire].

Principe de la détection synchrone[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Hétérodyne.

La détection synchrone utilise la propriété d'orthogonalité des fonctions sinusoïdales. Soit un signal de la forme u_s(t)=U_s\sin{(2\pi f_s t+\phi_s)} et une porteuse sinusoïdale de la forme u_c(t)=U_c\sin{(2\pi f_c t+\phi_c)}. En multipliant ces deux fonctions, il vient compte tenu de l'identité trigonométrique \sin{(a)}\sin{(b)}=\frac{1}{2}\left(\cos{(a-b)}-\cos{(a+b)}\right) :

u_s(t)u_c(t)=\frac{U_sU_c}{2}\left(\cos{(2\pi (f_c-f_s)t+\theta)}-\cos{(2\pi (f_s+f_c)t+\Theta)}\right),

avec \theta=\phi_c-\phi_s déphasage entre le signal et la porteuse, et \Theta=\phi_s+\phi_c.

Si le signal ainsi multiplié par la porteuse est alors intégré sur une période T très supérieure à celle du signal ou de la porteuse, la valeur résultante ne sera non nulle que si f_c=f_s et que la phase du signal n'est pas aléatoire, la valeur continue obtenue étant alors égale à U_{sortie}=\frac{TU_sU_c}{2}\cos{\theta}.

Du fait du caractère aléatoire de la phase d'une composante quelconque du bruit, seule la composante du signal « utile » de fréquence f_s=f_c sera extraite par ce procédé.

Si le signal est à basse fréquence, il pourra être préalablement modulé à la fréquence fp par un dispositif approprié, de façon à pouvoir à s'affranchir du bruit en 1/f.

Mise en œuvre pratique[modifier | modifier le code]

Un amplificateur à détection synchrone (en anglais: lock-in amplifier) permet de mettre en œuvre les principes de la détection synchrone. Le signal est amplifié en entrée, puis multiplié avec celui de la porteuse, qui peut soit venir d'un oscillateur interne, soit d'une source externe. Un filtre passe-bas, de fréquence de coupure variable permet alors de réaliser l'intégration.

Applications[modifier | modifier le code]

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Bibliographie[modifier | modifier le code]

  • Olivier Français, Détection synchrone, ENS Cachan,‎ 2013 (lire en ligne)

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Lien externe[modifier | modifier le code]

Cours sur la détection synchrone par O. Français, ENS Cachan, 2013

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. Richard Taillet, Loïc Villain et Pascal Febvre, Dictionnaire de physique, Bruxelles, De Boeck,‎ 2013, p. 184-185.