Accéléromètre capacitif

Alliantech vous propose une large gamme d'accéléromètres. Parmi ceux-ci, découvrez nos modèles d'accéléromètres capacitifs MEMS : basse fréquence étendue, capacité variable, miniature, haute précision, triaxial, monoaxial, basse tension, faible coût, etc.

Consultez aussi notre dossier pour tout savoir sur les accéléromètres capacitifs MEMS :

 

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Qu’est-ce qu’un accéléromètre capacitif MEMS ?

Ces accéléromètres sont des capteurs à l’état solide incorporant des éléments sensibles micro – mécanismes silicium de technologie très avancée (MEMS), et une microélectronique intégrée (ASIC).

Ils ont été conçus pour les applications nécessitant une mesure précise d’accélération principalement de faible niveau, en général de 2 à 400 g dans une bande passante du continu à 2000Hz (selon l’étendue de mesure pleine échelle).

Il existe plusieurs versions de MEMS ayant différente structure pour mesurer la variation de capacité.

Comment fonctionne un accéléromètre capacitif MEMS ?

Ces accéléromètres utilisent un changement de capacité sous l’effet d’une accélération, par exemple une mini plaque d’un simple cristal silicium pouvant librement tourner autour d’un axe de torsion, chaque surface de cette plaque forme une capacité avec une partie fixe équipée d’électrode.

L’élément sensible étant asymétrique afin d’avoir une partie plus lourde et un centre de gravité décalé.

En général le fabriquant de ce type d’accéléromètre capacitif MEMS développe et fabrique aussi le circuit électronique spécifique à l’application (ASIC).

Quels sont les avantages d’un accéléromètre MEMS capacitif par rapport à un accéléromètre piézorésistif ou un accéléromètre piézoélectrique ?

La mesure d’accélération principalement de faible niveau dans une bande passante du continu à 2000Hz peut se faire également avec des accéléromètres du type piézorésistif qui utilisent différents types de jauges de contrainte disposées en pont de Wheatstone.

En général, les capacités avec diélectrique gazeux sont relativement peu sensibles aux variations de température, le faible coefficient d’extension thermique des différents matériaux peut produire un coefficient de capacité de deux ordres d’amplitude mais qui reste cependant bien inférieur à celui de la résistivité du silicium dopé des accéléromètres piézorésistifs. 

De plus, les accéléromètres MEMS capacitifs ayant un fonctionnement différentiel annulent les effets d’extension dû à la variation de température. Contrairement aux accéléromètres piézorésistant, ils sont utilisables sans compensation pour une large plage de température.

Comparés aux accéléromètres de type piézoélectriques qui ont besoin d’une entrée dynamique (vibration), pouvant être de fréquence basse (o,2Hz) pour les modèles avec électronique incorporée, les accéléromètres capacitifs peuvent mesurer une accélération (DC) ainsi qu’une vibration (dynamique) généralement autour de 500Hz.

Pour les fréquences supérieures, l’accéléromètre piézoélectrique doit être utilisé.

Quels sont les domaines d’applications des accéléromètres capacitifs MEMS ?

Les domaines d'applications des accéléromètres capacitifs MEMS dépendent de leurs modèles de présentation.

Accéléromètres capacitifs dans boîtier pour une fixation traditionnelle par vis

Dans ce cas, les domaines d'applications pour ces accéléromètres capacitifs sont : 

  • aéronautique
  • défense
  • espace
  • marine
  • transports
  • nouvelles mobilités

Les essais et tests en vibration basse fréquence sont possibles en laboratoire (analyse modale) et périodiquement sur site :

  • pont
  • viaduc
  • building
  • forage
  • robotique
  • mesure d’inclinaison
  • inertielle… 

Accéléromètres MEMS et ASIC encapsulés dans un boîtier par exemple modèle 1527 avec bornes à souder

Cette présentation est nécessaire pour les applications grande série (OEM) très variables :

  • téléphone
  • airbags
  • navigation
  • instrumentation
  • robotique
  • et autres OEM

Pour ces applications grande série, le coût est très important.

Comment choisir un accéléromètre capacitif MEMS ?

Un accéléromètre capacitif MEMS est choisi premièrement selon son application, OEM (coût) ou Mesure, ensuite on revient sur les spécifications importantes :

  • dimensions
  • étendue de mesure
  • réponse en fréquence
  • environnements
  • température
  • fixation souhaitée

Même si les accéléromètres sont de plus en plus utilisés en T&M (Test et Mesure), il faut regarder la compatibilité dans l’application et surtout pour les applications OEM, mesurer les coûts d’intégration, d’étalonnage et de réétalonnage.

Concernant l’étalonnage, si l’accéléromètre a une étendue de mesure par exemple +/-2g, une vérification rapide et aisée de sa sensibilité peut se faire en mesurant son signal en sortie pour une rotation de 180° (+/-1g)