Bruit de mesure

Une mesure est une opération qui permet d'enregistrer des données, relatives à un phénomène physique.


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Mesure physique - Métrologie - Bruit

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  • ... je dois mesurer le SNR d'un dispositif électronique. Ce dispositif se compose d'un Générateur de tension basse fréquence, un ampli faible bruit avec. (source : forums.futura-sciences)
  • Dans ce dernier cas le rapport signal / bruit a plutôt tendance a se détériorer au fur et à mesure... (source : cbs.cnrs)
  • Master Lumière et Mesures Extrêmes. Signal et Bruits : travaux pratiques. Analyse spectrale. Bruit électronique - Bruit quantique de la lumière... (source : master.phys.upmc)

Une mesure est une opération qui permet d'enregistrer des données, relatives à un phénomène physique.

Dans l'idéal, on obtiendrait une mesure correspondant directement aux quantités pertinentes qu'on cherche à quantifier.

Mais, dans la réalité, quand on réalise des mesures, on observe la naissance de signaux parasites qui viennent se superposer au signal dit utile (i. e l'information qu'on souhaite récupérer). Ces signaux sont une gêne pour la compréhension de l'information que le signal transporte.

Il est par conséquent important de connaître leurs origines, de les caractériser... pour mieux pouvoir les éliminer et de récupérer ainsi un signal le plus propre envisageable.

Origines du bruit de mesure

Bruit d'origine externe

C'est un bruit dont la source est externe au dispositif physique générant le signal utile et qui agit par influence sur ce dernier. Ce bruit peut, généralement, être éliminé grâce à un blindage approprié.

Bruit d'origine interne

On sait que toute grandeur électrique connaît des fluctuations spontanées. Ce sont ces variations qui sont à l'origine du bruit de mesure qu'on observe dans les appareils électriques sous forme de bruit de fond et de perturbations impulsionnelles. Ce phénomène forme une limitation pour la transmission d'informations sous la forme de signaux électriques.

Parmi les différentes sources de bruit d'origine interne, on peut citer essentiellement :

Bruit basse fréquence associé au bruit en 1/f et génèré par la présence de défauts dans un matériau (pièges pour les porteurs et centres de génération-recombinaison).

Bruit ayant pour origine la création aléatoire des paires électron-trou par collision des porteurs avec les atomes de silicium dans les jonctions PN polarisées en inverse.

Protections contre le bruit de mesure

Protections contre les bruits externes

On peut généralement protéger un montage électrique des bruits de mesure grâce à un blindage bien choisi.

Dans le cas d'une chaîne de réception, l'antenne est soumise de manière indissociable à l'information utile et au bruit capté.

Protections contre les bruits internes

On ne peut pas se protéger totalement des bruits internes, car ils proviennent des équipements électroniques eux-mêmes. Cependant, on peut dans un premier temps chercher à les rendre le moins bruyant envisageable : il faut alors recenser les différentes sources de bruit et les caractériser.

Caractérisation et modélisation du bruit de mesure

Il existe différents types de bruit :

Dans le cas du bruit à caractère aléatoire (cas le plus courant), on le modélise sous la forme d'une variable aléatoire (ou processus stochastique) pour prendre en compte l'aspect statistique du signal.

Il est aussi envisageable de caractériser le bruit de mesure par le facteur de bruit qui exprime le taux de bruit ou de dégradation du rapport signal/bruit créé par le convertisseur, lors de la reception des signaux, ou par tout autre dispositif (amplificateur, etc.. ). Il traduit par conséquent sa sensibilité : moins le facteur de bruit est élevé, plus le convertisseur est de bonne qualité. Il s'exprime en kelvin ou en décibel.

Traitement du signal

Ce traitement vise à supprimer tout ou du moins une partie du bruit de mesure pour récupérer un signal dont l'information puisse être réutilisable. En effet, il existe de nombreux cas où le paramètre à mesurer est bruité, soit dans son environnement propre, soit le long de la chaîne de transmission et de traitement de l'information. Si le signal perturbateur se situe hors de la plage de fréquence du signal utile, l'emploi d'un filtrage analogique, passif ou actif, se révèle fréquemment beaucoup suffisant. Par contre, si le bruit aléatoire recouvre la plage de fréquence du signal utile, les méthodes numériques de filtrage sont indispensables dans ce cas et devront être choisies avec soin. Elle repose toutes sur le principe d'analyse spectrale d'un échantillon de courte durée obtenue par le biais d'une conversion temps-fréquence (transformée de Fourier) suivie d'une élimination des indésirables et d'une restauration ultérieure du signal analogique débarrassé du bruit.

Notons que le bruit peut être un élément favorable dans un dispositif de traitement du signal et qu'il est quelquefois ajouté à un signal utile afin d'en permettre un traitement différent (amélioration de la résolution de mesure, ... ). Le rôle du bruit dans un dispositif dépend de sa nature et son effet peut par conséquent être bénéfique, ou alors indispensable.

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La version présentée ici à été extraite depuis cette source le 11/11/2010.
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