Accéléromètre

Activité ET-AP03
Accéléromètre et gyromètre : principe
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Ressources : Accéléromètre et gyromètre : principe
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Accéléromètre : principe de base
Le capteur est une structure
micromécanique d’une surface de
silicium polycristallin déposée sur une
pastille de silicium monocristallin. Les
ressorts en silicium polycristallin
suspendent la structure au-dessus de la
surface de la pastille et fourni une
résistance contre les forces
d’accélérations. La déformation de la
structure est mesurée en utilisant un
condensateur différentiel qui consiste en des parties planes fixent indépendantes et des parties
planes attachées à une masse en déplacement. L’accélération dévie la masse en déplacement et
modifie la configuration du condensateur différentiel. Ainsi à la sortie du capteur l’amplitude
proportionnelle à l’accélération est modifiée également. Les parties planes sont pilotées par des
signaux carrés déphasés de 180°. Les techniques de démodulation de la modification de la phase
sont utilisées pour déterminer la magnitude et la direction de l’accélération.
On retrouve ici, comme dans la plupart des capteurs de type accéléromètre, que ce capteur est
basé sur la loi fondamental de la dynamique : F = m·a (F : force (N), m : masse (kg), a : accélération
(m/s2)). Plus précisément, il consiste en l'égalité entre la force d'inertie de la masse mobile du
capteur et une force de rappel appliquée à cette masse.
Cet accéléromètre se rapproche le plus, de par sa configuration intrinsèque, à un système masse-
ressort. Sans mouvement du capteur, la position verticale x de la masse m sera la référence, donc
x=0. Si le support subit une accélération verticale vers le haut, il va se déplacer vers le haut. A
cause de l'inertie de la masse m qui va s’accélérer moins rapidement, le ressort va se comprimer.
La valeur x sera d'autant plus grande que l'accélération appliquée au support sera importante.
Cette accélération est donc directement proportionnelle à x. En mesurant simplement le
déplacement de la masse m par rapport à son support, on peut connaître l'accélération subie par
ce dernier.
Gyromètre : principe de base
Ces capteurs sont basés sur un élément vibrant selon un mode de vibration déterminé : ici, une
masse étalon du gyromètre est mis en oscillation à sa fréquence de résonnance de manière
électrostatique. Un circuit interne de contrôle automatique de gain gère précisément l’oscillation
de cette masse étalon. Quand le capteur est mis en rotation sur un de ces axes (X ou Y), la force de
Coriolis génère une vibration parasite qui est détectée par un capteur capacitif interne. Le signal
résultant est amplifié, démodulé et filtré pour fournir en sortie du capteur gyromètre une tension
analogique qui est proportionnelle à la vitesse angulaire.
m
k
Silicium
polycristallin
mobile
Silicium fixe
x