Qu'est-ce que c'est ?
Comment le mesurer en classe
Avec l'application FizziQ, il est possible de comparer la résolution de différents capteurs du smartphone.
Étapes :
Ouvrir FizziQ et sélectionner le capteur de pression atmosphérique. Observer le nombre de décimales affichées et en déduire la résolution du capteur (par exemple 0,01 hPa).
Effectuer de très petites variations de hauteur (monter sur une chaise, lever le bras) et observer si le capteur détecte ces changements.
Répéter l'opération avec le capteur de luminosité et le capteur d'accélération. Noter la résolution de chaque capteur.
Comparer les résolutions obtenues et discuter : quel capteur a la meilleure résolution ? Cette résolution est-elle suffisante pour les expériences envisagées ?
Activités scientifiques sur ce thème
Plusieurs expériences facilement réalisables avec un smartphone, une tablette ou un ordinateur permettent d'explorer la résolution des capteurs de mesure.
1 : Évaluer la qualité d'un capteur - Analyse de la précision d'un capteur : https://www.fizziq.org/team/evaluer-un-capteur
2 : Incertitude - Analyser les incertitudes de mesures : https://www.fizziq.org/team/incertitude
3 : Altimètre - Créer un altimètre avec un capteur de pression atmosphérique : https://www.fizziq.org/team/altimetre
En savoir plus
Résolution et numérisation
Dans un capteur numérique, la résolution est directement liée au nombre de bits du convertisseur analogique-numérique (CAN). Un CAN de 10 bits divise la plage de mesure en 1 024 niveaux. Un CAN de 16 bits offre 65 536 niveaux, soit une résolution 64 fois meilleure pour la même plage. Les capteurs de pression des smartphones modernes utilisent généralement des CAN de 24 bits.
Résolution spatiale et temporelle
Le concept de résolution s'étend au-delà des instruments de mesure. En imagerie, la résolution spatiale désigne la plus petite structure visible. Un microscope optique atteint une résolution d'environ 200 nm, limitée par la longueur d'onde de la lumière. La résolution temporelle d'un oscilloscope détermine les signaux les plus rapides qu'il peut capturer.
Résolution et bruit de fond
En pratique, la résolution utile d'un capteur est souvent limitée par le bruit de fond plutôt que par le convertisseur numérique. Si le bruit aléatoire est de ±0,1 °C, afficher une résolution de 0,01 °C n'apporte pas d'information utile. La résolution effective est donc le maximum entre la résolution numérique et le niveau de bruit.
Ordres de grandeur
Résolution d'un accéléromètre de smartphone : environ 0,001 g. Résolution d'un baromètre de smartphone : environ 0,01 hPa. Résolution d'un GPS civil : environ 1 à 3 m en position horizontale. Résolution d'un capteur de température de laboratoire : 0,001 °C.
Formule
Pour un convertisseur analogique-numérique, la résolution se calcule par :
R = (V_max - V_min) / 2ⁿ
Signification : R : résolution du convertisseur (dans l'unité de la grandeur mesurée) V_max : valeur maximale de la plage de mesure V_min : valeur minimale de la plage de mesure n : nombre de bits du convertisseur
Exemples d'application
- Une balance de cuisine graduée au gramme ne peut pas peser 0,5 g de sel
- Un thermomètre médical affichant au dixième de degré a une résolution de 0,1 °C
- Un GPS de smartphone avec une résolution de 1 m ne peut pas distinguer deux positions distantes de 50 cm
- Un chronomètre digital affichant les centièmes de seconde a une résolution de 0,01 s
- Un compteur de vitesse de voiture gradué tous les 5 km/h a une résolution de 5 km/h
FAQ
Q : Résolution et précision, est-ce la même chose ?
R : Non. La résolution est le plus petit écart détectable. La précision mesure la dispersion des résultats autour de la valeur vraie. Un instrument peut être résolu mais imprécis.
Q : Comment connaître la résolution d'un capteur de smartphone ?
R : On peut l'estimer en observant la plus petite variation affichée par FizziQ lors de micro-changements, ou consulter la documentation technique du capteur.
Q : Peut-on améliorer la résolution d'un capteur ?
R : On ne peut pas modifier le matériel, mais on peut moyenner plusieurs mesures pour détecter des variations plus fines que la résolution nominale.
Q : Pourquoi un capteur affiche-t-il parfois plus de décimales qu'il n'en mesure réellement ?
R : L'affichage numérique peut montrer des décimales issues du calcul interne, mais ces chiffres supplémentaires ne sont pas significatifs si le capteur n'a pas la résolution correspondante.
Q : La résolution dépend-elle de la grandeur mesurée ?
R : Oui. Un même smartphone peut avoir une excellente résolution en pression (0,01 hPa) et une résolution médiocre en luminosité (1 lux).