L'utilisation de l'oscilloscope dans le domaine de l'automobile
Par Eloi Chayer  CMAT-L1

Les avancées technologiques dans le monde de l'automobile requièrent un niveau de connaissances sans cesse croissant en ce qui a trait au diagnostic. De plus, l'éventail d'outils disponibles évolue presque au même rythme. De ce nombre, l'oscilloscope occupe une place grandissante, et ce, avec raison. Ce dernier permet de visualiser les signaux mesurés de façon claire et précise. Son utilisation, quoiqu'en pensent certains, est assez simple pour en faire un outil efficace.

Nous décrirons d'abord le fonctionnement de base d'un oscilloscope ainsi que les avantages reliés à son utilisation. Nous parlerons ensuite des deux principales familles d'oscilloscopes. Nous verrons enfin les types de sondes qu'il est possible d'utiliser.

Fonctionnement de base de l'oscilloscope

On considère l'oscilloscope comme un voltmètre qui trace les données qu'il recueille en fonction du temps. Dans le cas d'un signal variable, le graphe qui en résulte s'avère plus facile à interpréter qu'une simple lecture de voltmètre. En effet, il est possible de voir la forme du signal et non une moyenne de celle-ci.

En outre, à moins d'utiliser la fonction MIN/MAX d'un multimètre numérique, il serait impossible de déterminer la valeur crête d'une onde sinusoïdale, et ce, même si le multimètre utilisé mesure en RMS (Root Mean Square) ou en AVG. Ce phénomène s'accentue lorsque l'onde mesurée est en déséquilibre par rapport à son aire.

Il est donc possible d'utiliser un oscilloscope afin d'accomplir diverses tâches, allant de la simple vérification de tension jusqu'à la comparaison de deux signaux simultanément en passant par la détection de voltage en courant alternatif. De fait, il est possible de visualiser et d'analyser tout signal électrique de façon simple et efficace. Au surplus, en utilisant les adaptateurs nécessaires, il est possible d'observer des graphes d'allumage secondaire, des ondes d'ampérage d'injecteurs (ou de tout autre solenoïde) et de divers moteurs électriques, etc. Les possibilités sont nombreuses et, grâce à la créativité d'innombrables techniciens, leur nombre croît de jour en jour.

Les familles d'oscilloscopes

Il existe deux grandes familles d'oscilloscopes. La plus ancienne est l'oscilloscope analogique. Il s'agit d'un appareil qui ne fait qu'afficher le signal mesuré en temps réel sans offrir la possibilité d'arrêter le signal ou de le sauvegarder. Le taux de rafraîchissement de l'écran et généralement meilleur que dans le cas d'un oscilloscope digital, notamment du fait que la plupart de ces appareils utilisent un écran cathodique et que l'onde est continuellement redessinée à la fréquence de la bande passante de l'oscilloscope.

L'oscilloscope digital, quant à lui, mesure le signal à un intervalle de temps donné. Il emmagasine l'information puis l'affiche à l'écran. Le signal peut donc être arrêté ou sauvegardé pour une visualisation ultérieure. Cependant, il est possible de perdre un ou plusieurs signaux si ceux-ci surviennent entre les mesures prises par l'oscilloscope. C'est pourquoi le nombre de mesures par seconde qu'un oscilloscope est capable de prendre est aussi important sinon plus que la largeur de bande passante de celui-ci.

Un oscilloscope digital permet, en outre, de capter et de visualiser des événements qui ne surviennent que sporadiquement. En effet, le signal est transformé par l'appareil sous forme d'une série de valeurs binaires puis sauvegardé dans la mémoire de celui-ci ou d'un ordinateur auquel il peut être relié. Ces données peuvent alors être visualisées, analysées, sauvegardées, imprimées ou transformées par l'appareil ou par l'ordinateur auquel il est connecté. Il est même possible, sur certains appareils, d'appliquer des fonctions mathématiques sur les ondes capturées afin d'en faciliter l'analyse ou d'interpréter l'oscillogramme à l'aide d'outils spécifiques au problème rencontré.

Les principaux systèmes d'un oscilloscope

Un oscilloscope primitif est constitué de quatre systèmes principaux: le système vertical, le système horizontal, le système de déclenchement et le système d'affichage.

Le système vertical

Le système vertical permet d'ajuster l'échelle de voltage du signal mesuré. Il se compose d'un certain nombre de divisions auxquelles on appose une valeur de voltage. On appelle ces divisions " réticules ". Par exemple, si l'écran de l'oscilloscope comporte six réticules verticales et que chacune équivaut à un volt, on pourra mesurer un signal d'au plus six volts et on dira que l'échelle verticale est ajustée à un volt par division.

L'endroit où le voltage est nul est habituellement représenté par un symbole de mise à la terre ou par tout autre moyen pouvant indiquer que le voltage est nul à ce point (v = 0V).

Le couplage du signal d'entrée peut être soit en courant continu (CC) ou en courant alternatif (CA). Le couplage en CC montre le signal dans sa totalité tandis que le couplage en CA bloque la portion continue de ce signal de façon à le centrer autour d'une valeur de zéro volt.

Le système horizontal

Le système horizontal permet d'ajuster l'échelle de temps de la visualisation du signal mesuré. Cette échelle peut varier de quelques nanosecondes (ns) à plusieurs secondes (s) selon le modèle d'oscilloscope utilisé. On ajustera cette échelle afin de visualiser les éléments ou les caractéristiques significatives de l'onde d'entrée.

Il est généralement possible de déplacer l'onde sur son axe horizontal. De plus, certains appareils permettent de visualiser l'onde ou une partie de celle-ci à une échelle différente (zoom), permettant ainsi une interprétation plus aisée.

Le système de déclenchement

Le système de déclenchement d'un oscilloscope permet à celui-ci de synchroniser le balayage horizontal à une valeur ou à un point approprié du signal. Cela permet de stabiliser une onde sur l'écran en s'assurant qu'elle débute toujours avec le même patron.

Il en existe plusieurs types. Le déclenchement sur front (edge trigger) est de loin le plus commun. Il permet de synchroniser l'acquisition au point où le signal atteint le voltage voulu. Il est possible de décider si la synchronisation se fait lors d'une pente ascendante (upward slope) ou descendante (downward slope).

Certains appareils proposent des modes de déclenchement avancés, comme le déclenchement sur des impulsions définies par leur amplitude (impulsions de valeur moindre ou runt pulses), par leur temporisation (largeur d'impulsion ou pulse width, parasite ou glitch, taux de montée ou slew rate, temporisation ou setup-and-hold, et temps d'établissement et de maintien ou time-out) et par état ou patron logique ou logic triggering. Il est à noter que la plupart des oscilloscopes spécifiques au domaine de l'automobile (Fluke 98, LS 2000, Vision, etc.) n'offrent pas tous ces modes évolués. Nous ne décrirons donc que le déclenchement sur front (edge trigger).

La position du déclenchement peut être ajustée sur l'échelle verticale à la valeur où l'on veut que l'oscilloscope synchronise l'acquisition. Il est possible de choisir une synchronisation selon une pente ascendante ou une pente descendante. Il est aussi possible, sur certains modèles, de déplacer la position du déclenchement sur l'échelle horizontale. Cela permet de voir les éléments de l'onde avant que le point de déclenchement n'ait été atteint.

On peut généralement choisir la source du déclenchement. Il peut s'agir de n'importe quel canal d'entrée ou d'une source extérieure autre que les canaux d'entrée.

Le système d'affichage

Les systèmes d'affichage diffèrent beaucoup selon le modèle d'appareil utilisé. Ils comprennent néanmoins les règles d'affichage, les graticules, les ondes ainsi que les informations supplémentaires spécifiques aux capacités d'affichage de l'appareil en question.

Autres systèmes disponibles

Selon le modèle utilisé, il est possible que celui-ci comporte un système n'ayant pas été énuméré. Notamment, il peut s'agir des curseurs de mesures. Ceux-ci permettent de mesurer l'intensité du signal ou sa temporisation à l'intérieur d'un écran donné.

Les sondes

Il existe diverses catégories de sondes. Les plus fréquemment utilisées dans le domaine du diagnostic automobile sont les sondes passives. Ces dernières peuvent posséder un facteur d'atténuation (10´, 100´, etc.) et, en ce sens, atténuent le signal mesuré et réduisent la charge placée sur le circuit du même facteur. Cela modifie donc l'impédance de l'oscilloscope auquel la sonde est connectée; si l'appareil possède une impédance de 1 mega ohm et qu'une sonde passive à atténuation de 10´ est utilisée, l'impédance effective sera de 10 mega ohms.

Viennent ensuite les sondes actives et différentielles. Ces dernières utilisent des circuits spécifiques permettant de préserver le signal mesuré pendant l'accès et la transmission à l'oscilloscope afin de conserver son intégrité. On les utilise lorsque les vitesses des signaux sont élevés alors que leur tension est faible. À ce jour, ce type de sonde est rarement employé dans le domaine du diagnostic automobile.

Puis, il y a les sondes inductives. Celles-ci permettent de mesurer le courant circulant dans un conducteur sans avoir à ouvrir le circuit. Elles font appel à l'induction électromagnétique. Il s'agit donc d'une sonde non-intrusive. Elles peuvent mesurer le courant à différentes échelles, selon leur configuration. Leur utilisation est en pleine effervescence en ce qui a trait au diagnostic automobile.

On retrouve enfin les sondes capacitives. Elles servent généralement à mesurer des voltages élevés de façon non-intrusive. Les lectures d'allumage secondaire s'effectuent à l'aide de ce type de sonde.

Nous décrirons, dans le prochain numéro, les techniques de base concernant l'utilisation de l'oscilloscope dans le domaine du diagnostic automobile. Nous verrons les divers types de capteurs, actionneurs et circuits qu'il est possible de vérifier ainsi que les avantages et désavantages à les vérifier au moyen de l'oscilloscope. Enfin, nous survolerons les techniques de base permettant de se connecter aux circuits à mesurer.

Références:

http://www.tek.com/Measurement/App_Notes/XYZs/03W_8605_2.pdf, XYZ's of Oscilloscopes, Tektronix Instruments

Formation Plus Laval, Utilisation et interprétation d'oscilloscope, F+L, Laval, année indéterminée, 47p.

HALDERMAN, J.D., MITCHELL, C.D. jr., GLASSMAN, C.W., Advanced engine performance diagnosis, Prentice Hall, Upper Saddle River, 1998, 405p.

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