Capteurs inertiels innovants

par Léopold Delahaye

Projet de thèse en Electronique et Optoélectronique, Nano- et Microtechnologies

Sous la direction de Fabien Parrain.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de Electrical,Optical,Bio: PHYSICS_AND_ENGINEERING , en partenariat avec ONERA/DPHY - Département Physique Instrumentation Environnement Espace (laboratoire) et de Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-10-2016 .


  • Résumé

    La classe « Navigation » comprend des instruments inertiels (accéléromètres, gyromètres) de hautes performances, pour des applications spatiales ou de défense (contrôle d'orbite, pointage, navigation inertielle). Concernant les gyromètres, les performances ne sont atteintes que par des technologies haut de gamme comme les gyromètres à fibre optique ou à résonateur hémisphérique. L'ONERA a développé une famille de gyromètres vibrants à effet Coriolis pour la moyenne performance, qui par optimisation et augmentation de taille peut s'approcher de la classe supérieure. Cependant, de nouvelles architectures de structures vibrantes doivent permettre d'engager une rupture technologique. Des structures monolithiques cristallines à base de disque résonant sont identifiées à cette fin, en témoigne la littérature récente croissante. En effet, la symétrie de révolution permet le fonctionnement en mode gyroscopique, dit whole angle. La perfection de la structure (identité parfaite des modes couplés pour l'effet Coriolis) est obtenue à la source par ablation par faisceau d'ions plutôt que par des boucles externes de correction de raideur. L'installation d'électrodes non adhérentes, liée au choix d'un matériau piézoélectrique, dispense des dépôts métalliques réalisés jusqu'à présent, réduisant ainsi les pertes par dissipation dans le résonateur. De plus, elles sont réalisables et caractérisables dans nos laboratoires, grâce au savoir faire du département en gravure chimique de matériaux cristallins. Le travail de thèse consistera donc, après un état de l'Art dans le domaine, à dimensionner de telles structures, et à sélectionner les matériaux adaptés pour une excitation et une détection efficace. Une importante part expérimentale du travail tiendra dans la réalisation des dispositifs et leur caractérisation vibratoire.

  • Titre traduit

    Innovative inertial Sensors


  • Résumé

    The "Navigation" class includes high-performance inertial instruments (accelerometers, gyrometers) for space or defense applications (orbit control, pointing, inertial navigation). With regard to gyrometers, performance is only achieved by high-end technologies such as fiber-optic or hemispheric resonator gyros. ONERA has developed a family of vibrating gyros with Coriolis effect for medium performance, which by optimization and increase in size can approach the upper class. However, new architectures of vibrating structures must make it possible to initiate a technological break. Crystalline monolithic structures based on resonant disc are identified for this purpose, evidenced by the recent increasing literature. Indeed, symmetry of revolution allows the operation in gyroscopic mode, called whole angle. The perfection of the structure (the perfect identity of the coupled modes for the Coriolis effect) is obtained at the source by ion beam ablation rather than by external stiffness correction loops. The installation of non-adhering electrodes, linked to the choice of a piezoelectric material, delivers metal deposits produced so far, thereby reducing losses by dissipation in the resonator. Moreover, they are feasible and characteristic in our laboratories, thanks to the know-how of the department in chemical etching of crystalline materials. The thesis work will consist, after a state of the art in the field, of dimensioning such structures, and selecting the materials suitable for effective excitation and detection. An important experimental part of the work will be in the realization of the devices and their vibratory characterization.