Entrées analogiques - Carte Arduino - Convertisseur A/N

Bonjour à tous,

Voici mon projet :

Nous avons 10 capteurs analogiques et un GPS que nous devons brancher à une carte d'acquisition.

Les capteurs sont identiques, il s'agit de sondes magnétiques qui :

_ envoient une masse par capteur
_ envoient une tension continue comprise entre -4 et +4V (signal)
_ sont alimentés en dehors du système d'acquisition

Ma question est la suivante, face aux entrées analogiques nous avons besoin au grand minimum d'une conversion 12 bits, 14 serait parfait.

La seule carte Arduino proposant une conversion de l'ordre de 12 bits est la DUE cependant les valeurs acceptées en entrée analogique sont 0 V - +3.3 V. Un pont diviseur de tension a été envisagé mais cela baisse considérablement la précision du système (beaucoup trop pour être acceptable).

Voici donc mes questions :

  1. Existe t-il des convertisseurs analogiques / numériques à minimum 10 entrées pouvant accepter des tensions d'entrée comprises entre -4 & +4 V et convertissant le tout en 14 bits qui soient compatibles avec une carte Arduino ?

  2. Si oui avez vous des liens ? ou des noms ?

  3. Quelle carte Arduino choisir dans le cas ou un convertisseur existe ?

  4. Avez vous d'autres conseils ?

Merci de votre considération.

bonjour
manque une info importante
nb echantillons/s par canal ?

:grin:

  1. des convertisseur analogiques-digital (ADC en anglais) il en existe des milliers. Sinon faut pas se formalisé sur les tensions négatives, c'est juste une question de pont de vue. Voici un circuit pour une pince amperemétrique :

Ou alors vous trouver un ADC qui s'alimente en tension symétrique et qui acepte cette gamme de tension

Bonjour, merci pour vos réponses ;

  • Artouste : il y aurait 40 mesures par seconde par capteur.

  • B@tto : Ce n’est pas la tension négative qui m’attriste, c’est le fait de passer d’un intervalle de 8V (-4 à 4) à un intervalle de 3,3V (entrée Arduino) cela entraîne une perte d’information. Quelle est la précision des cartes Arduino ?

lukavada:
Bonjour, merci pour vos réponses ;

  • Artouste : il y aurait 40 mesures par seconde par capteur.

  • B@tto : Ce n'est pas la tension négative qui m'attriste, c'est le fait de passer d'un intervalle de 8V (-4 à 4) à un intervalle de 3,3V (entrée Arduino) cela entraîne une perte d'information. Quelle est la précision des cartes Arduino ?

ça fait une acquisition unitaire à 400 Hertz mini

attention a ne pas confondre precsision et resolution ,les ADC des arduino de bases ont une resolution de 1024 points.
la precision elle est contrainte par la tension de reference , par defaut c'est celle de l'alim du MCU .

Ma question est la suivante, face aux entrées analogiques nous avons besoin au grand minimum d’une conversion 12 bits, 14 serait parfait.

Avant d’élucubrer j’ai une question basique quel est le cahier des charges ?
Qu’elle est la précision de mesure demandée, dire le maximum n’est pas une réponse sérieuse.
Avant de pinailler sur 12 ou 14 bits il faut connaître avec qu’elle précision les capteurs délivrent les tensions min et max ?
Parce que 214 = 16384 échantillions soit si on optimise au mieux un pas de mesure de 8V /16384 =0,5 mV
Pour que ce soit cohérent il faut que les capteurs délivrent le +4 à -4V avec une précision de
0,5mV / 8V =0,00625 %

A moins que ce qui compte n’est la valeur absolue de la mesure mais la possibilité de détecter de tous petits écarts ?
Je ne suis pas sûr d’avoir tout compris.

Merci encore pour vos réponses,

  • Pepe : Je pense être d'accord avec toi quand tu me dis :

"Compte tenu de la précision que tu recherches, il me paraît préférable d'utiliser un convertisseur de précision séparé (il en existe des centaines, à découvrir chez les revendeurs de composants électroniques)."

J'ai revu la chose et ça parait être la seule solution viable vu que notre partenaire insiste pour un modèle Arduino au centre du montage (mélanger les données GPS & sondes pour un format .txt voulu).

Connais tu un convertisseur de précision avec 10 entrées analogiques (tant qu'à faire en -4V / +4V afin d'éviter un montage électronique supplémentaire) ? Ou un site de vente ? J'ai fouillé un peu mais je ne suis pas sur de ce que je trouve.

Encore merci.

  • 68 tjs : Mea Culpa, c'est de 12 bits que l'on a besoin, pas de 14. Nous avons un signal qui varie de -4V à +4V (ce qui correspond à -100 nano teslas à +100 nano teslas) avec une précision voulue de 0.1nT. Soit 2000 échelon donc 12bits.

lukavada:
...
J'ai revu la chose et ça parait être la seule solution viable vu que notre partenaire insiste pour un modèle Arduino au centre du montage

:grin:
La plus belle fille du monde ...
l

Soit 2000 échelon donc 12bits.

Soit 2000 échelons donc 11 bits. :grin:
Je t'accorde qu'on trouve plus souvent des ADC avec des puissance paires qu'avec des puissance impaires et qu'un 12 bits sera plus approprié question erreurs de mesure..

C'est le pas de mesure qui m'inquiète : 0,1nT pour une excursion totale de 200 nT.
Avec un ADC 12 bits en se positionnant au mieux avec un max à 8 Volts on obtient pour le pas 8V/4048 soit 2mV. Un pas de discriminination de 0,1nT correspondra à 4mV. Du fait de la quantification les 0,1nT seront connus à 2mV près soit 0,05nT ce qui correspond à une précision de +/-50% !

Il vous faut 10 entrées à mesurer avec une précision de 2mV ! Je ne sais pas s'il y a un électronicien dans votre équipe, mais il doit s'arracher les cheveux.
Parce qu'en plus des erreurs de conversions dont a parlé pepe ,et que j'aprouve, il y a des notions de bruit direct sur une entrée ou par diaphonie entre les différentes entrées. La résolution de cette "parasitologie" va demander un circuit imprimé soigné.

Je n'imagine pas obtenir une solution sans faire de manip préalables.
Dans un premier temps j'oublierai la demande d'un seul convertisseur à 10 entrées et je ferais un test avec 1 puis 2 ou 4 entrées.
Avant de penser à échantilloner le signal déjà il faut réussir à le reconfigurer de [-4; +4] à [0; 5V] avec la précision qui permettra de détecter 0,1nT.
La sensibilité des composants à la température sera un handicap. Des variations de 5mV,et peut-être même pire, entre 20°C et 30°C sont tout à fait possibles.
Il faut le faire avec des solutions insensibles ou compensées en température ce qui exclu d'office les solutions simplistes à base de diodes ou de transistors.
Il faut aussi trouver des composants faible bruit.

Tu nous parle de "partenaires" est-ce un projet professionnel ?

Edit : Tu ne nous as pas parlé de l'éloignement des sondes mais je suppose que s'il y en 10 c'est qu'elles sont éloignées et qu'il faudra tirer des câbles.
AMHA la meilleure solution serait de numériser la sorties des sondes au plus près de chaque sonde et de transporter le signal sous forme numérique.

68tjs :

  • "C'est le pas de mesure qui m'inquiète : 0,1nT pour une excursion totale de 200 nT.
    Avec un ADC 12 bits en se positionnant au mieux avec un max à 8 Volts on obtient pour le pas 8V/4048 soit 2mV. Un pas de discriminination de 0,1nT correspondra à 4mV. Du fait de la quantification les 0,1nT seront connus à 2mV près soit 0,05nT ce qui correspond à une précision de +/-50% !"

Si j'ai bien compris un ADC 14 bits serait donc plus judicieux ?

  • "Avant de penser à échantilloner le signal déjà il faut réussir à le reconfigurer de [-4; +4] à [0; 5V] avec la précision qui permettra de détecter 0,1nT. "

Comment faire ? Un pont diviseur de tension ne suffirait-il pas ?

  • "AMHA la meilleure solution serait de numériser la sorties des sondes au plus près de chaque sonde et de transporter le signal sous forme numérique."

Oui je suis d'accord.

Projet professionnel, ou destiné à être vendu ou pas ?

*68tjs : non pas du tout. Je suis étudiant, il s'agit d'un projet universitaire. Notre partenaire est le laboratoire de recherche de l'école, ils nous encadrent seulement. Le but est de refaire / re-réaliser un système tel que celui de Eastern Atlas ou d'autres entreprises du milieu de l'imagerie du sous-sol.

Bon, c'est mieux :smiley: . Sinon je m'apprêtais à répondre qu'il n'y avait qu'à embaucher un de 3 millions et demi chômeurs.
Donc là on est dans le royaume des doux réveurs de l'Université :grin: .Je pense que vous n'avez pas encore de cahier des charges technique et qu'il est temps d'en établir un.
La grosse rêverie difficulté est le pas de mesure: 0,1nT sur une excursion de 200 nT cela représente 0,05% de l'amplitude totale. On est complètement dans le domaine de l'instrumentation.
Je ré-insiste c'est quoi dont vous avez besoin : la valeur absolue pour les 0,1nT ou plus simplement être capable de détecter une variation de 0,1nT ?
Exemple :
étape 1 :les 10 sondes sont toutes placées au même endroit, on fait un étalonnage des différentes sondes entre elles
étapes2 : les sondes sont déplacées et on mesure la variation de champ magnétique avec un pas de 0,1nT
La solution technique retenue sera totalement différente.

C'est dit amicalement mais une réaction comme ci dessous me choque:

Si j'ai bien compris un ADC 14 bits serait donc plus judicieux ?

Non cela ne se joue pas aux dès, cela se calcule. Peut-être que c'est 24 bits qu'il faudra.

La première de toutes les questions est : avec précision il vous faux acquérir les 0,1nT.
L'Enseignement n'apprend plus à faire des calculs d'erreur et c'est désastreux.
Je t'ai montré qu'avec un ADC 12 bits tu faisait une mesure à 50% mais combien te faut-il réellement ?
C'est soit à vous soit au chef de projet à définir la précision.
C'est cette valeur qui définira la bonne méthode pour échantillonner.

Dans les messages précédents des sujets ont été abordés : la fréquence à laquelle il faut faire les mesures ce qui a des conséquence sur le choix de la fréquence d'échantillonnage, les erreurs de quantification, le sur-échantillonnage, tout cela vous pouvez vous pencher dessus à la lecture de datasheets

Quant à l'adaptation des niveaux +4V -4V à autre chose :

  1. tout dépendra de ce qui sera disponible pour numériser les sondes avec la précision nécessaire car c'est bien là le point le plus chaud AMHA-> j'ai un modifié les priorités à la suite d'une réflexion plus approfondie sur l'échantillonage (il faut rester souple et ne pas hésiter à se remette en question, le vieil adage dit qu'on peut dire des conner** mais on n'a pas le droit de ne pas s'en apercevoir )
  2. à priori avec ce niveau de précision exigé je suis sec :relaxed: .
    Mais j'en profite pour en remette une couche sur les calculs d'erreurs , tu as proposé un pont de résistance, pour avoir le rapport d'atténuation avec la précision voulue il vous faudra des résistances à 1% ou à 1 pour dix mille ? et dans qu'elle gamme de température ?
    Les matériaux qui servent à faire des résistances voient leurs dimensions bouger avec la température et donc la valeur de résistance n'est pas constante. Il existe des résistances en "constentant" matériau très stable en température mais qu'elles valeurs sont disponibles ?
    Aucun composant n'est exempt d'effets parasites. Pour allumer une DEL on s'en fiche pour faire de l'instrumentation on se doit de les connaître et de les incorporer au schéma.

Autre façon de voir les choses : déterminer les limites de ce qui est possible de faire en électronique pure, en méthode d'étalonnage différentiel et en programmation. Et faire des choix.

J'espère que vous avez une idée très précise sur le fonctionnement des systèmes que vous voulez reproduire. La lecture critique des modes opératoire sera très instructive.

lukavada:
*68tjs : non pas du tout. Je suis étudiant, il s'agit d'un projet universitaire. Notre partenaire est le laboratoire de recherche de l'école, ils nous encadrent seulement. Le but est de refaire / re-réaliser un système tel que celui de Eastern Atlas ou d'autres entreprises du milieu de l'imagerie du sous-sol.

Bonsoir
Je n'ai pas retrouvé, mais il y a eu une discussion sur un projet assez similaire sur le forum l'année derniere.
(chariot de prospection)
tu a changé de pseudo ?

quoiqu'il en soit je suis d'accord avec 68tjs et pepe en ce qui concerne leurs remarques/avis

ton capteur unitaire , c'est quoi exactement ? lien vers data ?

Merci de ton aide, alors j'ai tout repris depuis le début et je t'avoue que j'ai dis pas mal de bêtises :

Le signal de sortie est compris entre [-100 nT ; +100 nT] on cherche à le "découper" en paliers de 0,1 nT. L'erreur accepté par contre est de 0,03 nT -> cela correspond à un CAN 14 bits si je ne me suis pas trompé.

Concernant les sondes on nous a demandé de supposer qu'elles soient étalonnées à la perfection. Réellement ce sera une deuxième partie du projet que nous traiterons plus tard.

Des sondes sortent deux câbles dont la sortie principale [-4V ; +4V] et un câble dit "neutre" qui est de la même conception que celui de sortie. En faisant la différentielle des deux on perd un pourcentage d'erreur suffisant pour qualifier la mesure (tension analogique) de précise (dans l'hypothèse où l'on n'a pas 10 mètres de câbles ...). J'ai pensé donc à un montage type "Amplificateur d'instrumentation" auquel on doit rajouter un offset. En voici un lien :

As-tu déjà utilisé des CAN pour "ce genre" de systèmes ? Si oui lesquels ?

Tu l'as clairement compris je suis un peu perdu.

Encore merci.

La précision demandée est de 30% c'est plus raisonable.
Pour assurer les 30% il faut que vous visiez 20% pour avoir de la marge qui servira à compenser tout ce que vous aurez oublié de prendre en compte -> c'est sérieux il y a du vécu :grin:

As-tu déjà utilisé des CAN pour "ce genre" de systèmes ? Si oui lesquels ?

Non, a part les 12 premiers mois où j'ai travaillé entre 300Hz et 3400Hz j'ai toujours travaillé dans les hautes fréquences [10 MHz- 10 GHz] donc les ampli op même pas en rêve :grin: .
Mais ce que je vois immédiatement c'est que le montage que tu cites ne traite que de l'impédance d'entrée : le texte le dit clairement les amplis sont supposés idéaux du point de vue de la linéarité ce qui ne sera jamais le cas. Ce qu'on fait dans ces cas là c'est vérifier que dans la zône de fonctionnement effective ils pourront ou non être considérés comme suffisamment linéaire compte tenu des précisions demandées.

dans l'hypothèse où l'on n'a pas 10 mètres de câbles

C'est comme dans la carriole attelée au tracteur du petit film ?
Il est écrit que les sondes sont raccordées au plus court à un data logger qui donc doit être dans la charette.

Comme tu ne veux pas nous donner un lien vers les références des sondes on va prendre la boule de cristal

Quels signaux sortent les sondes :
Un cable de Masse 0V ou neutre comme tu l'appelle.
A partir de maintenant il y a le 2 choix :

  • Un cable qui délivre une tension négative et un cable qui délivre une tension positive, les deux de même valeur absolue, ou pas.
    OU
  • Les deux cables sortent une tension en mode différentiel selon un protocole à expliciter parce que c'est du continu et je ne vois pas bien comment faire, mais je ne connais pas tout..

Le mode différentiel apporte une grande immunité au bruit ce qui dans ton application est primordial.

A priori si j'ai bien compris le champs magnétique terrestre selon Wikipedia varierait de 30 000nT à 50 000nT.
J'en déduit que les sondes donnent une variation par rapport à une valeur de référence pré-réglée selon le lieu de la campagne de mesure.
Donc sans datasheet je ne peux pas conclure et je vais consulter Mme Irma.