Conception, simulation et implantation sur SOPC d'un analyseur d'impédance rapide dédié aux capteurs et transducteurs piézoélectriques

Design, simulation and implantation on SOPC of a fast impedance analyzer dedicated to the sensors and transducers piezoelectric

• Auteur / Autrice : Abdulrahman Hamed
• Direction : Etienne Tisserand, Patrick Schweitzer
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Systèmes électroniques
• Date : Soutenance le 24/05/2012
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale IAEM Lorraine - Informatique, Automatique, Électronique - Électrotechnique, Mathématiques de Lorraine
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LIEN - Laboratoire d'Instrumentation Electronique de Nancy - EA 3440
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Dominique Placko, Serge Weber
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Catherine Algani, Guy Feuillard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réseaux logiques programmables par l'utilisateur

Systèmes embarqués (informatique)

Systèmes sur puce

Impédance électrique

Dispositifs piézoélectriques

Capteurs (technologie)

Mots clés libres

Capteur et système piézoélectrique

Impédance électrique

SOPC

FPGA

HIL

Piezoelectric system and sensor

Electrical impedance

SOPC

FPGA

HIL

Résumé

Les systèmes piézoélectriques sont utilisés dans un grand nombre d'applications (mesures physiques, contrôle non destructif). Beaucoup d'entre elles nécessitent la mesure rapide de l'impédance électrique du capteur, particulièrement dans le cadre des microsystèmes. C'est pourquoi ce travail est consacré à la conception et au développement d'un analyseur d'impédance sur puce. L'analyseur est programmable en fréquence et en impédance et est implanté sur un système embarqué de type FPGA (field programmable gate array). Nous proposons trois méthodes à l'analyse leur impédance : une mesure ratiométrique, une modélisation paramétrique adaptative du capteur et une méthode originale utilisant l'asservissement de la tension d'excitation par un réseau résistif programmable. L'implantation des algorithmes sur la cible FPGA est réalisée selon une approche de type HIL (Hardware In the Loop)

The piezoelectric systems are used in many applications (physical measurements, non-destructive testing). Many of them require fast measurement of the sensor electrical impedance, particularly in the micro systems domain. Therefore this work is dedicated to the design and the development of an impedance analyzer on chip, programmable in frequency and impedance, and implantable in an embedded system of FPGA (field programmable gate array) type. We propose three methods for impedance analysis: a ratiometric measurement, an adaptive parametric modeling of the sensor, and an original method using the feedback control of the excitation voltage by a programmable resistive network. The implementation of algorithms on FPGA target is performed using HIL (Hardware In the Loop) approach