Contribution à la métrologie des faibles forces : utilisation/application de l'analyse par intervalles pour établir la traçabilité des mesures dynamiques

Contribution to small force metrology: use/application of interval analysis to establish traceability of dynamic measurements

• Auteur / Autrice : Sylvain Hernandez-sabio
• Direction : Emmanuel Piat, Eric Lesniewska
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Automatique
• Date : Inscription en doctorat le 01/11/2020
• Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur et microtechniques (Besançon ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : FEMTO-ST Franche Comté Electronique Mécanique Thermique et Optique - Sciences et Technologies
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : AS2M - Département Automatique et Systèmes Micro-Mécatroniques

Mots clés

Mots clés libres

Métrologie des faibles forces

Instrumentation

Théorie du contrôle robuste

Analyse par intervalles

Small force metrology

Instrumentation

Robust control theory

Interval analysis

Résumé

Actuellement, les Instituts Nationaux de Métrologie ne peuvent garantir officiellement la traçabilité des mesures de petites forces en dessous de 0,1 N. Des efforts sont menés au niveau international pour constituer des étalons de petites forces et remédier à cette situation. C'est dans ce contexte qu'un générateur de microforces a été développé au laboratoire FEMTO-ST. Ce sujet de thèse s'inscrit dans la continuité de ce développement et comporte trois objectifs. Le premier est de concevoir un accéléromètre 3-axes haute résolution dédié à l'étude du régime vibratoire qui perturbe le support du générateur de forces. Ces perturbation induisent une force d'inertie qu'il convient de mesurer avec une qualité métrologique. Du point de vue de l'automatique, ces vibrations correspondent à des entrées inconnues qu'il est nécessaire d'estimer. Le second objectif consiste à développer une méthodologie d'estimation de ces entrées inconnues et de leur incertitude qui soit traçable au système international des unités. Le dernier objectif est d'appliquer cette méthode sur le générateur de force en boucle fermée afin d'estimer cette fois-ci la force générée sur des éléments déformables, comme par exemple des leviers AFM.

Nowadays, National Metrology Institutes cannot officially guarantee the traceability of small force measurements below 0.1 N. International efforts are underway to establish small force standards and remedy this situation. In this context, a microforce generator has been developed at FEMTO-ST Institute. This thesis follows on from this development and has three objectives. The first is to design a high-resolution 3-axis accelerometer dedicated to the study of the mechanical vibrations that disturb the support of the force generator. These disturbances induce an inertial force that needs to be measured with metrological quality. From the point of view of control engineering, these vibrations correspond to unknown inputs that must be estimated. The second objective is to develop a methodology to estimate these unknown inputs and their uncertainty, that is traceable to the SI units. The final objective is to apply this method to the force generator with closed-loop control, this time to estimate the force generated on deformable elements such as AFM cantilevers.