temps d'intégration

Le temps d'intégration est la fenêtre pendant laquelle un instrument accumule et moyenne un signal avant de produire une lecture. En pratique, cela signifie que le capteur collecte des données de charge, de courant ou de tension sur une période définie, puis les additionne ou les moyenne. Des fenêtres d'intégration plus longues réduisent le bruit en répartissant les fluctuations aléatoires sur un plus grand nombre d'échantillons, ce qui rend le vrai signal plus fort par rapport à la gigue. Un voltmètre réglé pour intégrer pendant 1 seconde rejettera les fréquences de bruit supérieures à environ 1 Hz ; un voltmètre intégrant pendant 10 millisecondes laissera passer des variations plus rapides mais laissera plus de bruit derrière.

Différents instruments utilisent le temps d'intégration différemment. Les amplificateurs à détection synchrone l'emploient comme constante de temps de filtre, allant généralement de microsecondes à des secondes selon la fréquence de modulation et la sensibilité requise. Les dispositifs à couplage de charge (CCD) et les capteurs d'image CMOS (complementary metal-oxide-semiconductor) l'utilisent comme temps d'exposition : les photons frappent le détecteur pendant exactement cette durée avant que les valeurs des pixels ne soient lues. Les multimètres numériques vous permettent souvent de sélectionner des modes 'rapide' (environ 100 ms) ou 'lent' (1 seconde ou plus), qui sont en réalité des réglages de temps d'intégration déguisés.

L'inconvénient des longs temps d'intégration est la latence et la réduction du taux de mesure. Si votre fenêtre d'intégration est d'une seconde, vous ne pouvez acquérir qu'un nouveau point de données par seconde. Dans les boucles de contrôle en temps réel ou les mesures transitoires rapides, cela devient une limitation sérieuse. Inversement, des temps d'intégration courts signifient des lectures plus bruyantes et une sensibilité plus faible. Le choix implique toujours un compromis : acquérir des données rapidement avec plus de bruit, ou attendre plus longtemps pour des chiffres plus propres.

Filtrage adapté et bande passante

Le nom 'intégration' vient de l'acte mathématique de sommer ou d'intégrer le signal dans le temps. Formellement, une intégration plus longue agit comme un filtre passe-bas dont la fréquence de coupure est inversement proportionnelle à la fenêtre d'intégration. Intégrez pendant T secondes, et vous atténuez les fréquences supérieures à environ 1/T hertz. C'est pourquoi le ronflement du secteur (50 ou 60 Hz) disparaît avec une intégration d'une seconde sur un instrument de laboratoire : la fenêtre de moyennage absorbe complètement l'oscillation.

Dans la conception des capteurs, le temps d'intégration détermine également le comportement de la plage dynamique. Un pixel CCD qui intègre trop longtemps sature : la charge accumulée déborde sur les pixels adjacents. Trop court, et vous collectez trop peu de lumière dans des conditions de faible luminosité, gaspillant la surface du capteur pour le bruit. La sélection appropriée du temps d'intégration est l'une des premières étapes de la conception d'un système de mesure pour une bande passante de signal et un niveau de bruit spécifiques, car tous les choix en aval concernant le gain, le filtrage et le taux d'échantillonnage en dépendent.