Étude et réalisation d’accéléromètres thermiques d’étendue de mesure et bande passante supérieures à 10 000g et 5 kHz respectivement

Study and realization of thermal accelerometers of measurement range and bandwidth upper than 10 000 g and 5 kHz respectively

• Auteur / Autrice : Florian Baudry
• Direction : Alain Giani, Philippe Combette
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique
• Date : Soutenance le 05/12/2019
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Information, Structures, Systèmes (Montpellier ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : IES - Institut d'Electronique et des Systèmes - Institut d’Electronique et des Systèmes / IES
• Jury : Président / Présidente : André Chrysochoos
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alain Giani, Philippe Combette, André Chrysochoos, Alain Bosseboeuf, Hélène Tap, Rose-Marie Sauvage
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Alain Bosseboeuf, Hélène Tap

Mots clés

Mots clés contrôlés

Simulation par ordinateur

Microtechniques

Thermique

Accéléromètres

Mots clés libres

Accélérométre

Thermique

Microtechnologie

Mécanique

Simulation numérique

Accelerometer

Thermal

Microtechnology

Mechanic

Numerical simulation

Résumé

Cette thèse porte sur l’adaptation d’un concept d’accéléromètre thermique à convection, pour la mesure d’accélération supérieure à 10 000 g. Les travaux que j’ai développé m’ont permis de réaliser à partir d’un concept innovant, un accéléromètre permettant de mesurer des accélérations de plus de 10 000 g avec une bande passante supérieure à 5 kHz.Cet accéléromètre est en totale rupture technologique avec les dispositifs actuellement commercialisé, car il utilise une masse d’air chauffé comme élément sensible, et non pas une masse sismique solide. Cette caractéristique le rend bien plus robuste et apte à endurer des conditions environnementales sévères.Le déroulement de mon travail a consisté à étudier le modèle comportemental des phénomènes thermiques qui assurent le fonctionnement du dispositif, afin d’en déduire les différents paramètres permettant de l’adapter à la mesure de fortes accélérations. En parallèle, une étude mécanique a été entreprise afin de prévoir une éventuelle défaillance ou influence de ces niveaux d’accélération sur le bon fonctionnement du capteur. Puis l’accéléromètre a été testé en conditions réelles afin de valider ses performances, ainsi que le concept d’un accéléromètre thermique à haute étendue de mesure.

This PhD thesis deals with the adaptation of a thermal convective accelerometer concept, for the acceleration measurement greater than 10 000 g. The work that I developed allowed me to realize from an innovative concept, an accelerometer able to measure accelerations values upper than 10 000 g with a bandwidth greater than 5 kHz.This accelerometer is totally different from the current marketed devices because it uses a heated air mass as a sensitive element, and not a solid seismic mass. This feature makes it much more robust and able to withstand severe environmental conditions.The course of my work consisted in studying the behavioral model of the thermal phenomena that ensure the functioning of the device, in order to deduce the different parameters allowing to adapt it to the measurement of strong accelerations. In parallel, a mechanical study was undertaken to predict a possible failure or influence of these acceleration levels on the proper functioning of the sensor. Then the accelerometer was tested under real conditions to validate its performance, as well as the concept of a thermal accelerometer with a large measurement range.