Utilisation des résonateurs piézoélectriques fonctionnant en mode d'épaisseur pour la réalisation de capteurs - TEL - Thèses en ligne Access content directly
Theses Year : 2006

Utilisation of piezoelectrical resonators operating in thickness-shear mode for the realisation of sensors

Utilisation des résonateurs piézoélectriques fonctionnant en mode d'épaisseur pour la réalisation de capteurs

Abstract

Sensors bring quality to every-day life, many activity domains require high performance sensors. Piezoelectric resonators are well known for their applications in stabilized frequency generation, while their potential of utilization for sensor manufacturing is less exploited. The thesis present two applications of sensors intended for the measurement of force and temperature. The particularity of the force sensor is that the quartz itself serves as temperature gauge and that the signals serving for temperature and force measurement are electrically isolated, electronic circuits design being simplified. That was accomplished by exciting anharmonic modes of resonators and by choosing a certain azimuth direction of applied force, each mode being essentially sensitive to the force or to the temperature. The thesis particularly presents a method of design of a set of electrodes over the surface of a plano-convex resonator operating simultaneously on two thickness shear modes (B and C modes).The second part of the thesis is dedicated to experimental characterization (X-ray topographies, electrical spectrums, frequency to temperature characteristics) of a series of miniaturized thermosensitive resonant sensors made in quartz and GaPO4, and intended for precise measurement over extended temperature ranges up to cryogenics. The study particularly investigated couplings between modes, responsible for the activity-dip phenomenon.A complete electronic and software system for temperature and force conversion is developed, based on the delivered frequencies.
Les capteurs participent à la qualité de la vie quotidienne, beaucoup de domaines d'activité modernes demandant des capteurs performants. Les résonateurs piézoélectriques sont bien connus pour leurs applications pour la génération de fréquences stables, mais leur potentiel d'utilisation pour la réalisation de capteurs est moins exploité.Le mémoire présente deux applications des résonateurs pour la réalisation de capteurs de force et de température.La particularité du capteur de force tient au fait que le résonateur lui-même sert aussi comme sonde de température et que les signaux servant aux mesures de la force et de la température sont isolés électriquement, ce qui simplifie la mise en œuvre. Cela est possible par l'utilisation de modes anharmoniques des résonateurs et par le choix de la direction d'application de la force à mesurer, chaque mode étant essentiellement sensible soit à la force soit à la température. Le mémoire présente en particulier une méthode de dessin de jeux d'électrodes pour un résonateur plan-convexe opérant sur deux modes de cisaillement d'épaisseur (modes B et C).La seconde partie du mémoire est consacrée à la caractérisation expérimentale (topographies par rayon X, réponses électriques et comportements thermiques) de capteurs résonants thermosensibles en quartz et en GaPO4 miniaturisés pour la mesure précise de la température sur une très large gamme jusqu'aux températures cryogéniques. L'étude a en particulier porté sur des investigations des couplages entre modes, responsables du phénomène «activity-dip».Un système électronique complet et un logiciel de calcul de la force et de la température à partir des fréquences délivrées est développé
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Dates and versions

tel-00133599 , version 1 (26-02-2007)

Identifiers

  • HAL Id : tel-00133599 , version 1

Cite

Ioan Alexandru Ivan. Utilisation des résonateurs piézoélectriques fonctionnant en mode d'épaisseur pour la réalisation de capteurs. Micro et nanotechnologies/Microélectronique. Université de Franche-Comté, 2006. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00133599⟩
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