Dispositifs pieloelectriques resonnants sur plaques minces. Application aux capteurs

by JEAN-BERNARD BRIOT

Doctoral thesis in Physique

Under the supervision of Sylvain Ballandras.

defended on 1997

in Besançon .


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  • Abstract

    Les dispositifs a modes de plaque sont generalement utilises comme capteurs, car les fonctions de chaque face (detection des phenomenes exterieurs - transmission du signal electrique) peuvent etre dissociees. Nous nous sommes attaches au cours de la these a montrer l'interet d'utiliser, dans le cas de modes de plaque transverses horizontaux, une structure de type resonateurs a ondes de surface au lieu d'une ligne a retard, pour la detection de l'onde. Ces dispositifs se presentent comme des resonateurs multimodes. Ils combinent deux effets : le guidage dans la lame mince d'un nombre eleve de modes de plaque, et le piegeage de l'onde transverse en surface par un reseau periodique (propriete exploitee dans les resonateurs stw). Une etude theorique a permis la prevision d'un certain nombre de proprietes de ces dispositifs. Leur realisation sur des substrats de quartz de coupe at et z a permis de valider differents resultats de cette modelisation. Les performances obtenues sont proches de l'etat de l'art des resonateurs a ondes de surface, en terme de produit q. F (facteur de qualite x frequence), puisque nous avons obtenu des valeurs de 8. 10#1#2 a 125 mhz (q. F 10#1#3 a 500 mhz pour des resonateurs a ondes de rayleigh). Les modes d'ordre eleves presentent aussi un fort caractere resonnant (q. F = 7. 10#1#2), pour des frequences tres superieures a celle du mode fondamental. L'utilisation d'ondes guidees dans des plaques minces pour la realisation d'oscillateurs a haute stabilite s'avere donc une voie prometteuse. La sensibilite gravimetrique de ces dispositifs a ensuite ete calculee et calibree experimentalement, afin d'estimer l'interet de ces dispositifs en tant que capteurs. La forte influence des proprietes elastiques du materiau dont on veut mesurer la masse ou l'epaisseur a ete mise en evidence, de facon theorique et pratique. Les valeurs de sensibilite obtenues sont proches de celles des capteurs a modes de plaque classiques, pour lesquels l'utilisation de resonateurs a modes de plaque offre l'interet d'une stabilite superieure. Enfin, la sensibilite thermique de ces dispositifs, caracteristique importante pour la realisation d'oscillateurs ultra-stables ou de capteurs, a ete estimee et mesuree. L'existence de coupes compensees et de modes de plaque peu sensible aux effets thermiques pour les coupes non compensees a ete prouvee.

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Informations

  • Details : 243 P.
  • Annexes : 130 REF.

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