Dans de nombreuses applications industrielles et scientifiques, il est essentiel de mesurer avec précision les vibrations et les mouvements. Qu’il s’agisse de contrôler l’intégrité structurelle d’un pont, les fondations d’une éolienne ou une machine-outil de précision, les ingénieurs s’appuient sur des accéléromètres pour mesurer l’accélération, les chocs et les vibrations. Parmi les différentes technologies disponibles aujourd’hui, citons accéléromètres MEMS sont devenus une solution de premier plan grâce à leur précision, leur robustesse et leur polyvalence.
Qu’est-ce qu’un accéléromètre MEMS ?
MEMS est l’acronyme de Micro Electro Mechanical Systems (systèmes micro-électromécaniques ), c’est-à-dire des composants mécaniques et électriques miniaturisés construits sur un substrat de silicium.
Un accéléromètre MEMS est un capteur qui mesure l’accélération linéaire, la gravité et les vibrations à l’aide de structures mécaniques micro-usinées intégrées à des circuits électroniques.
En termes simples, il s’agit d’une combinaison :
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un élément mécanique qui se déplace en réponse à une accélération,
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et un circuit électrique qui convertit ce mouvement en un signal électrique.
Ces dispositifs compacts à semi-conducteurs sont présents dans tous les appareils, des smartphones aux drones, en passant par les satellites et les systèmes de surveillance industrielle.
Comment fonctionne un accéléromètre MEMS ?
Le principe de fonctionnement d’un accéléromètre MEMS repose sur le déplacement d’une masse sous l’effet d’une accélération. Lorsqu’une force agit sur le capteur, une minuscule masse d’épreuve (également appelée masse sismique) se déplace par rapport au cadre du capteur. Ce mouvement modifie une grandeur physique mesurable, généralement la capacité ou la résistance, selon le type de capteur.
Il existe deux types principaux d’accéléromètres MEMS :
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Accéléromètres MEMS capacitifs
Ils utilisent une série de plaques micro-usinées formant des condensateurs. En cas d’accélération, l’espace entre ces plaques change, ce qui modifie la valeur de la capacité. L’électronique du capteur mesure ce changement et le traduit en valeur d’accélération.
→ Cette technologie offre d’excellentes performances en matière de bruit aux basses fréquences et est idéale pour les mesures statiques et quasi-statiques.
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Accéléromètres piézorésistifs MEMS
Ils reposent sur de petites résistances intégrées dans une structure déformable. Lorsque la structure se plie sous l’effet de l’accélération, la résistance change proportionnellement à la force appliquée.
→ Ils sont généralement utilisés dans des applications impliquant des chocs importants ou des mouvements dynamiques, car ils sont moins sensibles aux variations de courant continu.
Les deux technologies transforment un mouvement mécanique en un signal électrique, mais les accéléromètres MEMS capacitifs sont particulièrement adaptés à la surveillance des vibrations à basse fréquence, une exigence essentielle dans le domaine du génie civil et structurel.
L’importance de la technologie MEMS dans la surveillance des vibrations industrielles
Dans les environnements industriels, la surveillance des vibrations s’effectue souvent dans des conditions difficiles : humidité élevée, variations de température, interférences électromagnétiques et longues distances de câblage. Les accéléromètres de laboratoire traditionnels, bien que précis, sont souvent trop fragiles ou trop chers pour une telle utilisation.
C’est là que les accéléromètres MEMS tels que les accéléromètres Recovib® de Micromega Dynamics font la différence.
Ils comblent le fossé entre la précision de qualité laboratoire et la robustesse industrielle.
Principaux avantages des accéléromètres MEMS
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Large gamme de fréquences – Du courant continu aux hautes fréquences, permettant à la fois la surveillance structurelle et le contrôle dynamique des machines.
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Faible niveau de bruit – Assure des lectures stables et précises, même pour les phénomènes à basse fréquence.
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Options de sortie multiples – Tension, tension différentielle ou boucle de courant 4-20 mA pour la transmission de signaux sur de longues distances.
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Isolation galvanique – Empêche les interférences et la dégradation du signal dans les grandes installations.
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Haute protection (IP67 ) – Résistant à la poussière, à l’humidité et aux conditions de terrain difficiles.
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Matériaux robustes – Boîtiers en acier inoxydable ou en aluminium pour une fiabilité à long terme.
Ces caractéristiques font que les accéléromètres MEMS conviennent à une grande variété d’industries – des transports à l’énergie en passant par le génie civil, la fabrication de semi-conducteurs et l’astronomie.
Conditionnement du signal interne et intégrité des données
Contrairement aux capteurs simples qui nécessitent un conditionnement externe du signal, les accéléromètres Recovib® intègrent cette fonctionnalité directement dans le capteur.
Ce conditionnement interne garantit :
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l’amplification et le filtrage stables des signaux de vibration,
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un minimum d’interférences externes,
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et une transmission fiable, même sur des longueurs de câble supérieures à 150 m.
Dans les environnements industriels électriquement bruyants, cette intégration garantit l’intégrité du signal et une précision reproductible, ce qui est essentiel pour les ingénieurs qui dépendent d’une prise de décision fondée sur des données.
MEMS vs. autres technologies d’accéléromètre
Par rapport aux accéléromètres piézoélectriques ou capacitifs non MEMS, les conceptions MEMS offrent plusieurs avantages stratégiques :
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Ils peuvent mesurer des accélérations statiques ou à très basse fréquence, même proche de 0 Hz (DC).
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Ils sont rentables tout en conservant une réponse en fréquence plate.
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Ils permettent une miniaturisation et une intégration aisée dans les systèmes électroniques et les plateformes de données.
En bref, les accéléromètres MEMS offrent un excellent compromis entre les performances, la durabilité et l’accessibilité financière, ce qui explique leur large adoption dans tous les secteurs d’activité.
En savoir plus sur les accéléromètres MEMS et piézoélectriques.
Applications pratiques
Les accéléromètres MEMS sont utilisés partout où les vibrations ou les mouvements doivent être surveillés, contrôlés ou analysés. Voici quelques exemples typiques :
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Surveillance des vibrations à proximité des structures sensibles (hôpitaux, musées, monuments historiques).
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Surveillance de l’état des structures dans les ponts, les tunnels et les bâtiments.
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Surveillance de l’état des pompes, des turbines et des machines tournantes.
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Analyse des vibrations dans les systèmes maritimes, ferroviaires et aérospatiaux.
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Contrôle de précision dans la fabrication de semi-conducteurs ou d’instruments d’astronomie.
Dans ces contextes, des dispositifs tels que les accéléromètres MEMS Recovib® permettent aux ingénieurs de mesurer et d’interpréter les données vibratoires en toute confiance, même dans des environnements difficiles.
En résumé, un accéléromètre MEMS est un capteur compact, robuste et précis, capable de mesurer l’accélération sur une large gamme de fréquences.
Pour la surveillance des vibrations industrielles et les applications à basse fréquence, la technologie capacitive MEMS s’impose comme le choix optimal, alliant précision, fiabilité et rentabilité.
