Technologie Piezoresistive et amortissement du capteur

Rappel: la technologie piézorésistive

Principe

L’élément sensible (MEMS) est un composant en silicium micro-usiné assemblé en pont de Wheatstone : une contrainte déséquilibrera le pont générant ainsi un signal proportionnel à la sollicitation.

  • La dimension miniature permet une combinaison adaptée aux forts niveaux d’accélération :
    faible poids, très grande fréquence de résonance, étendue de mesure élevée.
  • Comme il mesure autant les phénomènes hautes fréquences qu’une accélération constante,
    le signal peut être intégré (énergie, vitesse, déplacement…)
  • Le retour à 0 après un choc est extrêmement rapide.

Pourquoi un amortissement ?

Un système dynamique de 1er ordre (construction simple des capteurs mécaniques) possède une fréquence de résonance et une bande passante « plate » utile; elle est bornée et définie en % ou dB.

L’amortissement minimise les effets et conséquences de la résonance (sur la mécanique et le signal) et augmente la résistance du capteur contre sa destruction.

Trois techniques d’amortissement étaient communément utilisées:

  • Non amorti
  • Amorti à air
  • Amorti à huile

Ces amortissements ont des limitations: ils peuvent affecter et réduire la réponse en fréquence du système mécanique. De plus, l’amortissement à huile n’est pas approprié à des essais en température variable (viscosité).

Le filtrage (mécanique ou électrique) permet quant à lui d’éviter d’endommager l’élément sensible à sa fréquence de résonnance.

Le multimode damping, innovation technologique

Le « multimode damping » est une conception unique de la structure MEMS de l’élément sensible. Il consiste à combiner un mode de déformation différent du système initial:

  • Le premier mode est semblable à un trampoline
  • Le premier mode est une torsion

La combinaison de réponse en fréquence des deux modes permet ainsi d’obtenir:

  • une réponse en fréquence étendue
  • la suppression de la résonance

Pour en savoir plus