Conception et réalisation d'un capteur résonant piézoélectrique pour la mesure de force statique

par Claudine Goyhenex Gehin

Thèse de doctorat en Physique expérimentale et instrumentation

Sous la direction de Yves Teisseyre.

Soutenue en 1998

à l'Université Savoie Mont Blanc .


  • Résumé

    L'objectif de ce travail de thèse concerne la conception et la réalisation d'un capteur piézoélectrique permettant de mesurer des forces statiques, étude réalisée à la demande de deux sociétés industrielles. Les systèmes piézoélectriques sont des systèmes actifs qui ne permettent pas d'effectuer des mesures véritablement statiques. C'est pourquoi la voie des résonateurs, dont la fréquence propre varie en fonction de la force appliquée, a été exploitée. Ce travail s'est articulé autour d'un logiciel de modélisation par éléments finis, ANSYS. Cet outil permet de prévoir et comprendre le comportement de structures quelconques en régime statique comme en régime dynamique et de prendre en compte les effets couplés, comme la piézoélectricité. Deux montages, basés sur deux architectures différentes, ont été étudiés. Le premier est un résonateur constitué d'une lame de quartz collée sur un corps d'épreuve. Expérimentalement, les résultats obtenus concernant les dérives thermique et temporelle, ne permettent pas d'envisager l'application industrielle du capteur. Toutefois, l'exploitation des éléments finis a permis de montrer qu'il était possible de caractériser la qualité du collage d'une structure par l'étude de ses fréquences propres. La colle est modélisée par des éléments élastiques dont la valeur est ajustée dans le logiciel de manière à retrouver la valeur de la fréquence propre mesurée de la structure. Le second résonateur, plus original, est constitué d'un diaphragme métallique sur lequel la force à mesurer est appliquée par l'intermédiaire d'un élément spécifique. L'outil de modélisation par éléments finis associé à la méthode des plans d'expériences a permis d'établir la règle de fabrication de ce capteur, c'est à dire de déterminer le point d'application de la force sur le diaphragme. Cela a été validé par la réalisation d'une série de prototypes. La réponse du capteur à la force est linéaire et le fluage peu important. C'est cette voie d'étude qui a été choisie. Enfin, une étude des tolérances géométriques du capteur par la modélisation prévoit un résonateur aux tolérances assez larges, ce qui est en parfait accord avec la production de masse à faible coût.

  • Titre traduit

    Design and realization of a piezoelectric resonant sensor for static force measurements


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Informations

  • Détails : 1 vol. (129 f.)
  • Annexes : Bibliogr. f. 119-121. (29 réf.)

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Savoie Mont Blanc (Le Bourget-du-Lac, Savoie). Service commun de la documentation et des bibliothèques universitaires. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Bibliothèque : Université Savoie Mont Blanc. Bibliothèque du laboratoire Systèmes et matériaux pour la mécatronique (SYMME).
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : T S1998/5
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