3. Conditionnement du Signal

Le conditionnement du signal est une étape cruciale dans la chaîne d'acquisition de données. Son rôle est de transformer le signal brut et souvent faible d'un capteur en un signal robuste, stable, propre et compatible avec les étapes de traitement suivantes, notamment la conversion analogique-numérique.

3.1. Amplification

L'amplification est nécessaire lorsque le signal de sortie du capteur est trop faible pour être traité directement ou pour dominer le bruit inhérent au système. Elle augmente l'amplitude du signal tout en minimisant l'ajout de bruit.

Amplificateurs opérationnels (AOP) : Composants actifs polyvalents et fondamentaux pour l'amplification.
- Amplificateur non-inverseur : Fournit un gain positif et une très haute impédance d'entrée, évitant ainsi de charger la source du capteur. $V_{out} = V_{in} \left(1 + \frac{R_f}{R_i}\right)$.
- Amplificateur inverseur : Fournit un gain négatif et inverse la phase du signal. $V_{out} = -V_{in} \frac{R_f}{R_i}$.
- Amplificateur de différence : Amplifie la différence entre deux signaux d'entrée tout en rejetant les signaux de mode commun. Il est idéal pour les capteurs différentiels (ex: pont de Wheatstone) et pour le rejet du bruit. $V_{out} = \frac{R_f}{R_i} (V_{in2} - V_{in1})$.
- Amplificateur d'instrumentation : C'est une configuration avancée, généralement à trois AOP, offrant un gain très stable et ajustable, une impédance d'entrée extrêmement élevée, un excellent taux de rejet de mode commun (CMRR) et un faible bruit. Il est indispensable pour les capteurs qui produisent des signaux très faibles et différentiels dans des environnements bruyants (ex: thermocouples, ponts de jauges de contrainte). Le gain est souvent contrôlé par une seule résistance externe ($R_g$).
Suiveur de tension (Buffer) : Un cas particulier d'amplificateur non-inverseur avec un gain unitaire. Il est utilisé pour isoler une source de signal d'une charge, en fournissant une haute impédance d'entrée et une basse impédance de sortie, sans modifier l'amplitude du signal.

Schéma Simplifié d'un Amplificateur d'Instrumentation: