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Étude de casMEMS, accéléromètres, gyromètresgyromètres
Arnaud DouceurFernando Granha JeronimoXavier Jean
ROSE 2010, 26/02/2010
Plan de la présentation
page 1
• Introduction, présentation des MEMS• Application aux accéléromètres
• Un exemple : l’accéléromètre via (onera)• Caractéristiques générales des accéléromètres• Application à la navigation inertielle
• Application aux gyromètres• Principe Physique/ Principe Électrique • Résultat• Caractéristiques/Interfaces
• Les capteurs d'inertie Arnaud Douceur, Fernando Grahna, Xavier Jean
Qu’est ce qu’un MEMS ?
• Composants internes de l’ordre du 1 µm
• 20µm < taille composant < 1mm
• 1 processeur, des microcapteurs
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• Physique classique non appliquable
• Constitué de silicone, de métaux et de polymères
• Fabrication rendue possible en adaptant les technos de
l’industrie du semiconducteur en 1980
Ouch, c’est petit !
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http://en.wikipedia.org/wikiFile:Sandia_MEMS_bug_1b.jpg
Applications des MEMS
• Têtes d’impression des imprimantes
• Accéléromètres
• Gyroscopes
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• Capteurs de pression
• µMiroirs pour projecteurs
• Modulation optique (télécommunications)
• Médecine (biocapteurs, chémorecepteurs)
Les accéléromètres
� Principe fondamental de la dynamique
� Plusieurs technologies� Effet piezzo-électrique
Mesure optique
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� Mesure optique� Jauge de contrainte
� MEMS : basés sur l'effet piezzo-électrique
Exemple de l’accéléromètre Via
� Accéléromètre à lame vibrante en quartz
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Source : onera
Exemple de l’accéléromètre Via
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Caractéristiques
� Sensibilité transverse : écart entre l'axe de mesure et l'axe réel
� Précision : 1% habituellement
Amplitude : +/- 2g ou +/- 6g
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� Amplitude : +/- 2g ou +/- 6g
� Bande passante : utile si on veut mesurer la violence des chocs et les vibrations (~10kHz). Habituellement de 0 à 1kHz
� Interface SPI en général
Gestion des imprécisions
• Erreur : offset au niveau zéro-g
• amplifié par l’intégration…
• Recalages nécessaires
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• Si deux accéléromètres possibilité de couplage
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Les Gyromètres
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Source : sensor dynamics et STMicroelectronics
Principe Physique
• Force de Coriolis (force inertielle comme la centrifuge)
• Formule:
• Finertie = Fc + Fcentrifuge
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• La force de Coriolis est la partie cinétique et la force
centrifuge est la partie statique
Source : wikipedia
Principe Électrique
• Piézoélectricité: capacité de polarisation electrique en repose à une action mécanique
• Technologie: Gyromètre vibrant en Quartz (VIG)
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Source : onera
Le Résultat
• Un circuit oscilateur excite continuament un resonateur avec sa fréquence de ressonace ωx et amplitude X
• L’accélération de Coriolis excite en vibration l’axe y avec une fréquence ωy et amplitude Y
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Source : onera
Caractéristiques
• Étendue de mesure: 1500 °/s, 1000 °/s, 500 °/s, 300 °/s,
100 °/s...
• Fréquence: ~80Hz
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• Précision : 0,01 °/s
Interfaces
• Normalement analogique: STMicroelectronics LISY300AL ( <
12.00 € )
• SPI: sensor dynamics SD721_A et SD721_I (65.00 €)
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Source : sensor dynamics