Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
Le capteur assure la transformation d'une information extérieure en une grandeur compatible avec l'organe de traitement. Cet article décrit les capteurs élémentaires. Il commence par définir cette notion de capteur élémentaire et comment décomposer une chaîne globale. Puis il présente les principaux phénomènes exploités par les capteurs, en utilisant des propriétés spécifiques de matériaux. Enfin les technologies de capteurs relevant de la microélectronique sont étudiées plus en détail.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Alfred PERMUY : Ancien élève de l’École normale supérieure - Docteur en Physique - Directeur technique SAFT Power Systems
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Eric DONZIER : Ingénieur ESIEE - Directeur de recherche Schlumberger
-
Fadhel REZGUI : Docteur en Physique - Responsable Technologie capteurs Schlumberger
INTRODUCTION
Dans tous les organes naturels ou artificiels, la relation de cause à effet peut se présenter sous la forme d’une succession d’organes de captation, de traitement et d’action. Pour le capteur qui assure la transformation d’une information « extérieure » en une grandeur compatible avec l’organe de traitement, nous retiendrons la définition donnée ci-après.
Nous appellerons capteur un sous-ensemble minimal de tout objet transformant une information représentée par une grandeur physique d’une certaine dimension (Lx, My, Tu, Iv) en une grandeur physique de dimension différente (Lx, My’, Tu’, Iv’), ou sans dimension.
Par exemple, au sens de la définition précédente :
• Sont des capteurs :
-
un dynamomètre à ressort transformant une force (MLT −2) en déplacement (L),
-
un moteur transformant un courant (I) en couple mécanique (ML2T−2) ;
• Ne sont pas des capteurs :
-
un levier transformant un angle en angle ;
-
un transformateur électrique.
Il est clair que la fonctionnalité d’un capteur sera au moins définie par les dimensions des grandeurs d’entrée et de sortie ainsi que par la relation liant ces grandeurs.
Remarque : si, souvent, seule la grandeur d’entrée est donnée (on parlera de capteur de température, d’accélération, de pression) c’est que celle de sortie est considérée définie par le contexte d’utilisation. Du fait de la prépondérance des traitements de nature électronique, il s’agit le plus souvent d’une grandeur électrique.
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Principaux phénomènes exploités par les capteurs
En anglais
1. Décomposition en capteurs élémentaires
L’intérêt de la définition donnée dans l’introduction vient de ce qu’elle permet de considérer tout capteur comme composition de plusieurs autres et par là-même d’induire une méthode d’analyse et de synthèse du problème par factorisation.
un capteur transformant l’accélération en une tension électrique peut se décomposer de la manière suivante :
décomposition qui fait apparaître les capteurs suivants :
ce dernier capteur pouvant être remplacé par un pont capacitif, une céramique piézoélectrique, une jauge de contrainte, etc.
Cette factorisation, si elle est menée suffisamment loin, fait apparaître des capteurs simples utilisant directement des propriétés physiques fondamentales et souvent élémentaires.
Pour l’utilisateur ou bien le concepteur, une bonne connaissance des propriétés physiques de base et des propriétés essentielles des matériaux reste la clé indispensable à une bonne maîtrise du domaine des capteurs.
Dans la description ou la conception d’un capteur, trois étapes doivent être considérées :
a) la définition du principe de fonctionnement par la donnée d’une factorisation en capteurs élémentaires ;
b) la description des structures utilisées : nature des matériaux et formes ;
c) la description de la technologie employée pour la réalisation des structures.
Exemple :
a) capteur transformant la pression p en tension électrique V
b) membrane carrée en silicium monocristallin de dimensions 2 mm × 2 mm × 10 µm...
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Décomposition en capteurs élémentaires
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - GROVE (A.S.) - Physique et technologie des dispositifs à semiconducteur - . 380 p., Dunod (1971).
-
(2) - WOLKENSTEIN (Th.) - Physico-chimie de la surface des semiconducteurs - . 335 p., Édition Mir Moscou, Russie (1977).
-
(3) - KIREEV (P.) - La physique des semiconducteurs - . 728 p., Édition Mir Moscou, Russie (1975).
-
(4) - NISHIHORA (M.), YANODA (K.), MATSUOKA (Y.) - Recent semiconductor pressure sensors (Nouveaux capteurs de pression à semiconducteurs) - . Hitachi Review, vol. 30, no 6, p. 285-9 (1981).
-
(5) - MATSUOKA (Y.), NISHIARA (M.), SAKAMOTO (T.), IKEGAMI (A.) - Transmitter using diffused semiconductor strain gauges (Transducteur utilisant des jauges de contrainte à semiconducteur) - . Hitachi Review, vol. 30, no 6, p. 290-6 (1981).
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(6) - MATSUOKA (Y.), NISHIARA (M.), SAKAMOTO (T.), IKEGAMI...
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