Introduction: les accéléromètres MEMS
Les MEMS (systèmes micro-électromécaniques) désignent tout capteur fabriqué à l’aide de techniques de fabrication microélectronique. Ces techniques créent des éléments sensibles mécanique de taille microscopique, généralement sur du silicium. Lorsqu’ils sont couplés à des circuits microélectroniques, les capteurs MEMS peuvent être utilisés pour mesurer des paramètres physiques tels que l’accélération. Contrairement aux capteurs ICP®, les capteurs MEMS mesurent des fréquences jusqu’à 0 Hz (accélération statique ou continue). PCB® fabrique deux types d’accéléromètres MEMS : les accéléromètres à capacité variable et les accéléromètres piézorésistifs. Les accéléromètres MEMS à capacité variable (VC) sont des dispositifs à plage plus basse et à sensibilité élevée utilisés pour la surveillance structurelle et les mesures d’accélération constante. Les accéléromètres MEMS piézorésistifs (PR) sont des dispositifs à plage plus élevée et à faible sensibilité utilisés dans les applications de choc et d’explosion.
Structure des accéléromètres à capacité variable
Les accéléromètres MEMS VC (Micro Electro Mechanical System à capacité variable) utilisent un élément de détection composé d’une masse d’essai suspendue entre deux plaques parallèles. Lorsque la masse bouge sous l’effet de l’accélération, cela crée une variation de capacité. La configuration hermétique et les butées mécaniques assurent la robustesse et la protection de la masse d’essai. La sélection des plages de mesure se fait en modifiant la rigidité de la suspension. L’amortissement gazeux par film de compression prévient la saturation mécanique due à des fréquences élevées. La connexion en pont réduit les erreurs, et l’électronique intégrée compense les erreurs liées à la température. Ces accéléromètres sont généralement montés dans des boîtiers en titane ou en aluminium.
Fonctionnement de l’accéléromètre MEMS Capacitif
Pour profiter de la réponse en courant continu des accéléromètres MEMS VC, le dispositif de lecture doit être en état de couplage continu (DC). Si un conditionneur de signal est utilisé pour l’alimentation, il doit également être en état de couplage continu.
Étant donné que la plupart des accéléromètres MEMS VC de PCB® contiennent un régulateur de tension intégré, ils peuvent également être alimentés à partir de n’importe quelle source d’alimentation en courant continu de 6 à 28 VDC sans affecter négativement les performances.
Les accéléromètres MEMS VC pouvant mesurer une accélération statique (constante), la tension de décalage continu (DC) sera affectée par l’alignement positionnel par rapport à la gravité terrestre. Lorsque l’axe sensible de l’accéléromètre n’est pas aligné avec la gravité, la sortie sera égale à la tension de décalage à zéro g indiquée sur le certificat d’étalonnage de PCB®. Si l’axe sensible de l’accéléromètre est aligné avec la gravité, la sortie sera égale à la tension de polarisation plus 1 g de sortie. Les figures ci dessous montrent des exemples d’orientation du capteur.
Axe sensible non aligné avec la gravité
Sens de la gravité:
↓
Axe sensible monté dans une condition de sortie de +1g par rapport à la gravité terrestre.
Les composants électroniques à l’intérieur des capteurs MEMS VC comprennent un régulateur de tension. Cela permet d’alimenter le capteur avec n’importe quelle source de tension continue non régulée. PCB® propose les modèles de conditionneurs de signal 482C27 (4 canaux) et 483C28 (8 canaux) comme sources d’alimentation pour les capteurs MEMS VC. D’autres unités d’alimentation acceptables comprennent les batteries de voiture ou de bateau, les alimentations de laboratoire en courant continu et les alimentations en tension de cartes de circuits imprimés à basse tension.
La tresse de câble doit être terminée à une extrémité pour éviter la création de boucles de masse. En général, la tresse du câble est connectée au boîtier du capteur. Si le capteur est monté avec un tampon d’isolation (ou une autre forme d’isolation électrique) le séparant de la structure de test, alors la tresse peut être connectée à la masse du signal au niveau du conditionneur de signal ou à l’extrémité de l’acquisition de données. Sinon, la tresse du câble doit rester flottante (non connectée) à l’extrémité de l’instrumentation.
Vérification des accéléromètres mems capacitifs
Étant donné que ces accéléromètres sont destinés à être utilisés dans des applications de mesure critiques, il est essentiel de vérifier la sensibilité pour s’assurer qu’elle est conforme aux spécifications. Une calibration statique précise peut être réalisée en utilisant la gravité terrestre comme référence d’accélération. Tout d’abord, placez l’accéléromètre dans une orientation de +1g de sorte que la base repose sur la surface de montage et que le numéro de modèle soit orienté vers le haut (cf ci dessus). L’accéléromètre subit une accélération de +1g dans cette orientation. Enregistrez la tension continue de sortie en utilisant un multimètre numérique (DVM). Inversez le capteur en le retournant de 180°. Placez le dessus sur la surface de montage avec le numéro de modèle orienté vers le bas (cf ci dessous). Le capteur subit une accélération de -1g. Enregistrez la tension continue de sortie. Pour calculer la sensibilité de l’accéléromètre, utilisez l’équation :
Sensibilité = [(+1g) – (-1g)] / 2
