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Des gyromètres performants même en conditions difficiles


​Déceler un mouvement de rotation infime même en présence de vibrations, c'est possible. Grâce à une rupture technologique, le CEA-Leti, institut de CEA Tech, vient de mettre au point le tout premier gyromètre haute performance en environnement sévère. 

Publié le 26 janvier 2021

​Omniprésents dans les objets de notre quotidien, les capteurs de mouvement en tous genres doivent répondre à des contraintes toujours plus fortes de miniaturisation, de coût, mais aussi de performance et de robustesse. Pour certaines applications militaires ou automobiles, les gyromètres, qui mesurent une rotation, doivent ainsi être capables de détecter une variation de un degré par heure (soit une vitesse rotation environ dix fois plus lente que celle de la Terre) dans des environnements pouvant être soumis à de fortes vibrations.

Pour apprécier l'importance du défi technique, il faut savoir que les gyromètres fonctionnent à une fréquence de résonance donnée. Lorsque cette fréquence de fonctionnement est proche de celle des vibrations de l'environnement, cela génère des perturbations mécaniques susceptible de fausser les mesures. En collaboration avec l'Institut Polytechnique de Milan (Politecnico di Milano), les chercheurs du CEA-Leti ont résolu le problème en développant un gyromètre fonctionnant à des fréquences élevées de l'ordre de 50 kHz, donc au-delà des fréquences de vibration parasite que l'on peut trouver dans les environnements sévères.

Pour monter en fréquence sans nuire aux performances du capteur, il a fallu créer une rupture technologique : les chercheurs ont ainsi remplacé la détectioncapacitive des gyromètres MEMS par des nano-jauges piézorésistives ultra-sensibles. Ce nouveau gyromètre haute fréquence, de 1,5 mm2, dont le principe est protégé par de nombreux brevets, présente des caractéristiques dépassant l'état de l'art en terme de biais, bruit, linéarité...

Ce capteur est actuellement fabriqué sur la plate-forme silicium du CEA-Leti dédiée aux micro et nanotechnologies mais reste compatible avec la plupart des fonderies MEMS. Cette fabrication repose sur la filière technologique M&NEMS qui permet en fonction des besoins de co-intégrer le gyromètre avec un accéléromètre 3 axes et/ou un capteur de pression haute performance, sur une seule et même puce. Ce travail a été récemment présenté à la conférence IEEE SENSORS 2020.

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