Etude, réalisation et optimisation d'un accéléromètre thermique à convection
Institution:
Montpellier 2Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
This thesis concerns the theoretical study, fabrication steps, characterization and optimization of the thermal accelerometer. Chapter one presents the state of art of inertial sensors which have been micromachining with MEMS technologies and illustrates main transduction modes. The theory of the thermal accelerometer is developed in chapter two. Various physical mechanisms at the origin of thermal exchanges and the convection phenomena are as well presented in this chapter. Chapter three details the thermal accelerometer's fabrication steps. Electron beam evaporation is used for Pt deposition. The different steps of the sensor micromachining are successively described. Chapter four gives the experimental results. The first part of this chapter demonstrates the variations of the accelerometer's sensivity observed by changing parameters such as: injection of electrical current, cavity volume, external temperature variations, various gas nature and gas pressure obey to all evolution laws linked to the Grashof number. The bandwidth has been studied with different environmental and geometrical parameters. The second part , deals with a very high sensivity thermal inclinometer. This inclinometer is built withe the same structure as the one presented in this thesis except that the sensor is in an open cavity enclosed in a Layton chamber containing gas under high pressure
Abstract FR:
Cette thèse porte sur l'étude théorique, la fabrication, la caractérisation et l'optimisation d'un accéléromètre thermique à convection. Le premier chapitre présente un état de l'art des capteurs inertiels réalisés en technologie MEMS et énonce les principaux modes de transduction. La théorie de l'accéléromètre thermique fait l'objet du deuxième chapitre. Ainsi, les différents mécanismes physiques à la base des échanges thermiques et particulièrement les phénomènes de convection y sont développés. Le troisième chapitre expose les techniques de fabrication de l'accéléromètre thermique, expliquant entre autre le dépôt de couches minces de platine via l'évaporation au canon à électrons. Les étapes de photolithographies y sont généralement décrites. Le dernier chapitre expose quant à lui les résultats expérimentaux. Dans la première partie, il est mis en évidence que les variations observées de la sensibilité de l'accéléromètre thermique, en fonction de différents paramètres tels que la puissance injectée, le volume de la cavité, la température, la nature ou la pression du gaz, respectent toutes les lois d'évolution liées au nombre de Grashof. La bande passante en fonction de différents paramètres géométriques et environnementaux a été étudiée. La deuxième partie est consacrée à l'étude d'un inclinomètre très sensible ayant la même structureque celui objet de la thèse, excepté qu'il soit en cavité ouverte et enfermé dans une enceinte en laiton remplie d'un gaz sous forte pression.