Conception et réalisation d'un transducteur acoustique miniature

Conception and realization of miniature acoustic sensor

• Auteur / Autrice : Alexey Podkovskiy
• Direction : Stéphane Durand, Nicolas Joly
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Acoustique
• Date : Soutenance le 28/04/2015
• Etablissement(s) : Le Mans
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur, Géosciences, Architecture (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'acoustique de l'Université du Mans - Laboratoire d'acoustique de l'université du Mans / LAUM
• Partenaire(s) de recherche : Entreprise : Tagsys

Mots clés

Mots clés contrôlés

Systèmes d'identification par radiofréquence

Systèmes microélectromécaniques

Microcapteurs

Transducteurs électroacoustiques

Mots clés libres

Acoustique

RFID

Transducteur capacitif

Modélisation numérique

Modélisation analytique

MEMS

Acoustics

Capacitive transducer

Analytical modeling

Numerical modeling

Résumé

Ce travail de thèse est consacré au développement d'un capteur acoustique miniature à transduction capacitive destiné à être intégré dans un système RFID afin de dépasser certaines des limitations actuelles de ce dernier. La configuration originale du capteur acoustique étudié lui offre les avantages d'avoir une bonne performance tout en gardant une forme simple qui peut être aisément réalisée avec les techniques MEMS pour une production à grande échelle. Ce transducteur est constitué d'une membrane circulaire ou carrée et une électrode arrière centrée, de même forme mais de dimensions plus petites, séparées par une très fine couche de fluide, ainsi qu'une petite cavité située à la périphérie de l'électrode, de dimensions extérieures très proches de celles de la membrane. Le comportement de ce capteur est analysé en détail. Cette étude se base sur deux approches mathématiques originales (analytique et numérique), dont les résultats convergent malgré un niveau différent des hypothèses-simplificatrices sur lesquelles reposent ces deux modèles.Finalement, une méthode de réalisation du transducteur en technologie hybride, qui associe le procédé MEMS avec les techniques classiques des circuits imprimé, est présentée. Le prototype développé est aussi caractérisé expérimentalement et les résultats obtenus correspondent bien aux caractéristiques fournies par les modèles théoriques.

This work is devoted to the development of capacitive miniature acoustic sensor to be integrated in an RFID system in order to exceed some of its current limitations.The unusual configuration of the studied sensor offers the benefits of having a significant performance while keeping a simple form that can be easily achieved with standard MEMS techniques and thus successively marketed in perspective. This transducer consists of a circular or square membrane, a centered backing electrode with the same shape, but with smaller dimensions which define a thin fluid layer between them, and a small cavity at the periphery of the backing electrode whose external dimensions are very close to the ones of the membrane. The architecture of the developed sensor is the subject of a deep theoretical study of its behavior. This investigation is based upon two original mathematical approaches (analytical and numerical ones) whose results show a high convergence despite the different-levels of simplifying assumptions on which these models are based.Finally, the transducer is made with the use of a hybrid technology, that includes the MEMS process associated with conventional printed circuit manufacturing techniques, which is presented step by step. The developed prototype is characterized experimentally and the measured results correspond to the ones predicted by theoretical models.