{"id":1861,"date":"2022-10-25T09:58:32","date_gmt":"2022-10-25T09:58:32","guid":{"rendered":"https:\/\/rfidunion.com\/?p=1861"},"modified":"2023-04-17T08:41:39","modified_gmt":"2023-04-17T08:41:39","slug":"inertial-sensors-and-their-applications","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/rfidunion.com\/fr\/technology\/inertial-sensors-and-their-applications.html","title":{"rendered":"Que sont les capteurs inertiels et leurs applications\u00a0?"},"content":{"rendered":"

Les capteurs inertiels sont des composants essentiels de nombreux appareils modernes. Ils sont utilis\u00e9s pour mesurer l'acc\u00e9l\u00e9ration, l'orientation et la vitesse angulaire. Ces capteurs<\/a> sont particuli\u00e8rement utiles dans les applications qui n\u00e9cessitent un positionnement pr\u00e9cis ou un suivi des mouvements, comme l'a\u00e9rospatiale, la robotique et les v\u00e9hicules autonomes. Avec les progr\u00e8s technologiques, les capteurs inertiels sont devenus plus petits, plus pr\u00e9cis et plus abordables. Ce billet de blog pr\u00e9sentera les capteurs inertiels, leur assemblage, leurs applications et les tendances futures.<\/p>\n\n\n\n

Que sont les capteurs inertiels ?<\/h2>\n\n\n\n

Un capteur inertiel d\u00e9tecte et mesure l'acc\u00e9l\u00e9ration, l'inclinaison et les vibrations d'un objet. <\/strong>Il convertit les forces d'inertie en signaux \u00e9lectriques mesurables. C'est une capacit\u00e9 int\u00e9ressante et utile. Il est important pour r\u00e9soudre la navigation, l'orientation et le contr\u00f4le du porteur de mouvement. Les composants des capteurs inertiels comprennent g\u00e9n\u00e9ralement des acc\u00e9l\u00e9rom\u00e8tres et des capteurs de vitesse angulaire (gyroscopes). Leurs combinaisons \u00e0 un, deux et trois axes IMU et AHRS jouent un r\u00f4le important.<\/p>\n\n\n\n

La technologie de microfabrication pour produire des capteurs inertiels MEMS devient possible. Cette technologie est utilis\u00e9e pour produire des \u00e9l\u00e9ments de capteurs en silicium monocristallin. Ces capteurs produits \u00e0 l'\u00e9chelle du micron peuvent r\u00e9pondre \u00e0 la quasi-totalit\u00e9 des principaux crit\u00e8res de conception des syst\u00e8mes. Les capteurs inertiels MEMS ont les m\u00eames principes que les capteurs inertiels macroscopiques. Ils peuvent d\u00e9tecter le moindre changement dans un objet de plusieurs m\u00e8tres de long \u00e0 l'aide de petites cellules de capteurs. Ces moindres changements comprennent la position, l'orientation et l'acc\u00e9l\u00e9ration de l'objet.<\/p>\n\n\n\n

Il existe deux principaux types de capteurs inertiels MEMS. L'un est un acc\u00e9l\u00e9rom\u00e8tre qui peut mesurer l'acc\u00e9l\u00e9ration lin\u00e9aire dans un ou plusieurs axes. Les gens utilisent souvent cet acc\u00e9l\u00e9rom\u00e8tre. L'autre est un gyroscope qui peut mesurer le mouvement angulaire. Ces capteurs<\/a> tous semblent \u00eatre fabriqu\u00e9s par des personnes pour des applications sp\u00e9cifiques. C'est parce que ces capteurs inertiels r\u00e9pondent aux besoins de nombreuses applications diff\u00e9rentes. <\/p>\n\n\n\n

La largeur de bande, la r\u00e9solution et la plage dynamique de ces capteurs varient en fonction du produit. Par exemple, un syst\u00e8me de d\u00e9clenchement d'airbag automobile est tr\u00e8s exigeant en mati\u00e8re de capteur inertiel. Il doit avoir une largeur de bande allant jusqu'\u00e0 0,5 kHz et une r\u00e9solution de plus de 500 mG. Sa plage dynamique doit \u00eatre approximativement comprise entre +\/-100G. D'autres types d'\u00e9quipements ont des exigences diff\u00e9rentes pour ces plages. Les instruments de mesure de la microgravit\u00e9 de l'air ont besoin d'un capteur inertiel avec une bande passante de 0-10Hz. Mais sa r\u00e9solution doit \u00eatre pr\u00e9cise \u00e0 <1\u00b5G et sa plage dynamique inf\u00e9rieure \u00e0 +\/-1G.<\/p>\n\n\n\n

Voici une PDF sur la technologie des capteurs inertiels pour les applications de navigation<\/a>.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Les capteurs inertiels occupent une place extr\u00eamement importante dans toute application ou \u00e9quipement.<\/strong> Il fait partie du syst\u00e8me de contr\u00f4le plus large de l'appareil ou de l'application. Si vous ne connaissez que l'acc\u00e9l\u00e9ration ou le mouvement angulaire d'un objet, l'information n'est pas tr\u00e8s utile. En effet, les informations recueillies par ce capteur sont g\u00e9n\u00e9ralement utilis\u00e9es pour contr\u00f4ler le mouvement de l'appareil. Bien entendu, elle peut \u00e9galement activer un actionneur, comme l'ouverture d'un airbag dans une voiture.<\/p>\n\n\n\n

Assemblage du capteur inertiel<\/h2>\n\n\n\n

Capteurs acc\u00e9l\u00e9rom\u00e8tres<\/a><\/h3>\n\n\n
\n
\"Sch\u00e9ma
Sch\u00e9ma de la structure du capteur d'acc\u00e9l\u00e9ration<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n

Le capteur acc\u00e9l\u00e9rom\u00e8tre est un composant important d'un capteur inertiel, \u00e9galement appel\u00e9 acc\u00e9l\u00e9rom\u00e8tre.<\/strong> Le capteur prend en charge la mesure de l'acc\u00e9l\u00e9ration dans un ou plusieurs axes. L'acc\u00e9l\u00e9rom\u00e8tre se compose d'un \u00e9l\u00e9ment capteur m\u00e9canique (bloc de masse standard) et d'un circuit de d\u00e9tection. D'autre part, l'\u00e9l\u00e9ment sensible est constitu\u00e9 principalement d'un bloc masse reli\u00e9 \u00e0 un r\u00e9f\u00e9rentiel par un syst\u00e8me de suspension m\u00e9canique. La masse de d\u00e9tection est une tr\u00e8s petite masse sismique dans un capteur MEMS. D'autre part, le syst\u00e8me de suspension m\u00e9canique est compos\u00e9 de ressorts en silicone de haute qualit\u00e9.<\/p>\n\n\n\n

Le capteur est soumis \u00e0 des forces d'inertie dues \u00e0 l'acc\u00e9l\u00e9ration. La masse de d\u00e9tection s'\u00e9carte maintenant de sa position stable. La deuxi\u00e8me loi du mouvement de Newton l'explique bien. L'\u00e9quation de Laplace peut exprimer la d\u00e9viation d'un bloc de masse contre l'acc\u00e9l\u00e9ration.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

X \/ une = 1 \/ (s 2 + b \/ m + s \u00d7 k \/ m)<\/code><\/pre>\n\n\n\n
Dans cette \u00e9quation, diff\u00e9rentes lettres repr\u00e9sentent diff\u00e9rentes choses. x repr\u00e9sente le d\u00e9placement du bloc de masse et a est l'acc\u00e9l\u00e9ration. s d\u00e9signe l'op\u00e9rateur de Laplace et b est le facteur d'amortissement. m signifie la masse du bloc de masse. k est la constante de ressort m\u00e9canique du syst\u00e8me de suspension.<\/p>\n\n\n\n
La fr\u00e9quence de r\u00e9sonance du capteur peut \u00eatre exprim\u00e9e comme suit :<\/strong><\/p>\n\n\n\n
fn = \u221a\uffe3(k \/ m)<\/code><\/pre>\n\n\n\n
L'\u00e9quation du facteur de qualit\u00e9 s'exprime comme suit\u00a0:<\/strong><\/p>\n\n\n\n
Q = \u221a\uffe3 (m \u00d7 k) \/ b<\/code><\/pre>\n\n\n\n
La sensibilit\u00e9 du capteur (en boucle ouverte) s'exprime par :<\/strong><\/p>\n\n\n\n
S = m \/ k<\/code><\/pre>\n\n\n\n
\u00c0 partir de l'algorithme ci-dessus, il est \u00e9vident qu'une r\u00e8gle peut \u00eatre vue. En augmentant ou en diminuant la sensibilit\u00e9, la fr\u00e9quence de r\u00e9sonance de l'objet change. <\/strong>Avec un syst\u00e8me en boucle ferm\u00e9e, les gens peuvent librement ajuster ce compromis. Le facteur d'amortissement d\u00e9termine la plus grande bande passante de l'acc\u00e9l\u00e9rom\u00e8tre. Le facteur d'amortissement est g\u00e9n\u00e9ralement variable dans les acc\u00e9l\u00e9rom\u00e8tres MEMS. Ce coefficient augmente avec le d\u00e9placement de la masse d\u00e9tect\u00e9e.<\/p>\n\n\n\n
Le d\u00e9placement du bloc de masse est mesurable dans tous les acc\u00e9l\u00e9rom\u00e8tres microm\u00e9caniques. Les gens peuvent mesurer cette distance de d\u00e9placement gr\u00e2ce \u00e0 une interface de mesure de position. La m\u00e9thode de mesure est la m\u00eame que pour la mesure de capacit\u00e9. Une plaque mobile fix\u00e9e au bloc de masse se d\u00e9place entre des \u00e9lectrodes capacitives fixes. Plusieurs types diff\u00e9rents de m\u00e9canismes de d\u00e9tection sont appliqu\u00e9s dans la conception de l'acc\u00e9l\u00e9rom\u00e8tre. Ces m\u00e9thodes de d\u00e9tection comprennent le courant pi\u00e9zor\u00e9sistif, pi\u00e9zo\u00e9lectrique, capacitif, optique et \u00e0 effet tunnel.<\/p>\n\n\n\n
Les acc\u00e9l\u00e9rom\u00e8tres prennent en charge les syst\u00e8mes en boucle ouverte ou en boucle ferm\u00e9e. L'acc\u00e9l\u00e9rom\u00e8tre en boucle ouverte utilise un signal \u00e9lectrique provenant de l'interface de mesure de la position. L'acc\u00e9l\u00e9rom\u00e8tre convertit ensuite le signal \u00e9lectrique en un signal de sortie. Comme les acc\u00e9l\u00e9rom\u00e8tres \u00e0 boucle ouverte sont faciles \u00e0 construire, la plupart des gens choisissent de les utiliser. Les acc\u00e9l\u00e9rom\u00e8tres \u00e0 boucle ouverte pr\u00e9sentent \u00e9galement un inconv\u00e9nient : ils doivent \u00eatre g\u00e9r\u00e9s avec des tol\u00e9rances \u00e9lev\u00e9es. Le facteur d'amortissement est d\u00fb au fait que l'acc\u00e9l\u00e9rom\u00e8tre a une constante de ressort variable. Le d\u00e9placement de la masse d'un acc\u00e9l\u00e9rom\u00e8tre \u00e0 boucle ouverte n\u00e9cessite \u00e9galement une v\u00e9rification de la non-lin\u00e9arit\u00e9.<\/p>\n\n\n\n
Un acc\u00e9l\u00e9rom\u00e8tre en boucle ferm\u00e9e permet \u00e0 la masse d\u00e9tect\u00e9e de revenir \u00e0 sa position de repos. Il s'appuie sur un syst\u00e8me de r\u00e9troaction qui veut suivre la force de r\u00e9troaction exerc\u00e9e par la masse. Cette force de r\u00e9troaction est proportionnelle \u00e0 l'acc\u00e9l\u00e9ration de l'acc\u00e9l\u00e9rom\u00e8tre en boucle ferm\u00e9e. La force de r\u00e9troaction s'annule avec les non-lin\u00e9arit\u00e9s et la sensibilit\u00e9 d\u00e9pend du contr\u00f4le de r\u00e9troaction. Le signal de r\u00e9troaction peut \u00e9galement \u00eatre utilis\u00e9 pour contr\u00f4ler la dynamique du capteur \u00e0 l'aide d'un contr\u00f4leur de signal \u00e9lectrique. Il peut \u00eatre entra\u00een\u00e9 par des forces \u00e9lectrostatiques, thermiques ou magn\u00e9tiques pour ramener la masse d'essai \u00e0 sa position de repos. Les gens peuvent souvent afficher le signal de retour sous forme analogique ou num\u00e9rique. Toutes ces conceptions ajoutent \u00e0 la complexit\u00e9 du capteur.<\/p>\n\n\n\n
Il existe de nombreux types d'acc\u00e9l\u00e9rom\u00e8tres, et voici quelques m\u00e9thodes courantes de d\u00e9tection d'acc\u00e9l\u00e9ration\u00a0:<\/p>\n\n\n\n