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RÉSUMÉ
Les accéléromètres ont vu le développement de leurs applications s’amplifier graduellement. Présents de nos jours dans notre quotidien, ils sont désormais produits en grande quantité. Parmi ces applications “grand public”, sont cités les airbags de voiture (ou coussin gonflable de sécurité), les systèmes d’aide à la tenue de route (tels que ABS, ESP), ou encore les machines à laver (équilibrage du linge dans le tambour). Dans cet article, des définitions et quelques éléments de physique sont tout d’abord proposés, puis les différents principes de mesure expliqués. Pour terminer, les gyromètres (à structure vibrante et acoustique) sont traités plus spécifiquement.
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Stéphane DURAND : Maître de Conférences à l'École nationale supérieure d'ingénieurs du Mans, - Laboratoire d'Acoustique de l'Université du Maine – UMR CNRS 6613
INTRODUCTION
Autrefois réservés aux applications d'ingénierie (étude des vibrations) ou à la navigation inertielle, les accéléromètres sont entrés dans notre vie de tous les jours avec le développement des capteurs miniatures pouvant être produits en grandes quantités par des technologies analogues à celles utilisées pour la production des circuits intégrés. La première application « grand public » qui a marqué les esprits est vraisemblablement l'« airbag » (ou coussin gonflable de sécurité) dans le milieu automobile pour lequel un accéléromètre intégré sur puce silicium (capteur à 5 euros) a permis de commercialiser un système complet coûtant plusieurs centaines d'euros. Les capteurs d'accélération linéaire ou de vitesse angulaire miniatures ont depuis fait leur apparition dans les centrales inertielles des systèmes de navigation portables par GPS (les centrales inertielles miniatures assurent le positionnement GPS lorsque les satellites ne sont temporairement plus visibles, par exemple dans un tunnel routier), les automobiles dans lesquelles ils constituent des composants cruciaux des systèmes d'aide à la tenue de route (ABS, ESP, etc.), mais aussi le milieu médical (pilotage des stimulateurs cardiaques), les machines à laver (aide à l'équilibrage du linge dans le tambour avant essorage afin de minimiser les vibrations), etc.
Les accéléromètres présentés dans ce dossier couvrent ces différentes applications. Après avoir brièvement rappelé quelques éléments de physique nécessaires à une bonne compréhension des phénomènes mis en jeu dans la mesure d'accélération, différentes classifications d'accéléromètres (mesure d'accélération linéaire) sont présentées avant d'être détaillées. Un paragraphe final traite plus spécialement de la mesure des vitesses angulaires (gyromètres).
L'expertise technique et scientifique de référence
VERSIONS
- Version archivée 1 de oct. 1981 par René CLARET, Alain DEVAL
- Version archivée 2 de juil. 1992 par Alain DEVAL, Yvon AMAND
DOI (Digital Object Identifier)
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Gyromètres4. Accéléromètres multiaxes
L'intégration de capteurs miniatures permet d'obtenir aisément un capteur biaxe sur une même puce par intégration de deux cellules uniaxes mesurant l'accélération dans le plan de la puce ou d'une cellule biaxe [17]. Toutefois, les systèmes à peignes capacitifs interdigités (réalisés par gravure de couches minces en surface) qui servent à la mesure des accélérations dans le plan de la puce ne peuvent pas être utilisés pour la mesure de l'accélération hors plan. Il est alors nécessaire de développer une cellule de mesure à cet effet, ce qui se traduit le plus souvent par une sensibilité différente suivant cet axe. Un exemple est donné pour un capteur deux axes en figure 21 où les deux cellules sensibles sont bien visibles (encadré) au milieu de l'électronique intégrée.
L'utilisation de structures originales peut toutefois permettre d'obtenir une sensibilité dans les trois axes avec une seule cellule sensible [8] [9] [10]. C'est par exemple le cas de l'accéléromètre piézorésistif développé par Fujitsu (figure 22). Ce dernier exploite la différence de sollicitation entre chacun des axes à l'aide d'une structure à quatre poutres et huit jauges piézorésistives. Dans le cas d'une sollicitation dans le plan du capteur (axes x ou y ), les deux poutres latérales sont en torsion tandis que les poutres alignées dans la direction de l'accélération sont sollicitées en flexion. Pour une sollicitation hors plan (axe z ), les quatre poutres sont sollicitées symétriquement. Une détection adaptée permet de mesurer le niveau de sollicitation dans chaque direction.
Applications : centrales inertielles,...
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Accéléromètres multiaxes
ANNEXES
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