Capteurs accéléromètres : Fonctionnement et utilisations

Les dispositifs modernes reposent sur capteurs pour surveiller et contrôler variables physiques. Parmi eux, les accéléromètres mesurent l'accélération et la vitesse d'un objet, permettant fonctionnalités de l'orientation smartphone à la navigation aéronautique.

Qu'est-ce qu'un accéléromètre ?

L'accélération est le taux de changement de vitesse dans le temps. En pratique, deux concepts : accélération propre, l'accélération physique ressentie par un objet par rapport à l'espace inertiel, et accélération coordonnée, qui dépend du référentiel observateur. Un accéléromètre est un instrument électromécanique qui mesure directement l'accélération propre.

Principe de fonctionnement

Le principe de base est analogue à une masse sur ressort. Quand le dispositif accélère, la masse se dévie jusqu'à ce que la force de rappel du ressort équilibre la force d'inertie. Le déplacement résultant est proportionnel à l'accélération perçue, et ce mouvement mécanique est converti en signal électrique.

Les accéléromètres existent en formats analogique et numérique. Ils sont fabriqués usando transduction piézoélectrique, piézorésistive ou capacitive. Chaque méthode traduit le mouvement mécanique en quantité électrique mesurable :

• Accéléromètres piézoélectriques utilisent monocristal piézoélectrique générant tension sous contrainte, idéaux applications haute fréquence et haute température.
• Accéléromètres capacitifs emploient structures micro-usinées silicium où l'accélération change la capacitance, convertie en tension.
• Accéléromètres MEMS comportent micro-poutre cantilever avec masse de preuve, disponibles configurations 2D ou 3D pour orientation et détection vitesse.

Applications

Les accéléromètres sous-tendent de nombreuses technologies across industries :

• Systèmes navigation inertielle avions, navires, véhicules autonomes.
• Surveillance vibration machines tournantes pour prévention pannes.
• Orientation écran et stabilisation image smartphones et appareils photo numériques.
• Stabilisation vol et contrôle moteur drones.
• Orientation dispositif, détection choc, suivi mouvement portables et mobiles.
• Recherche biologique analyse mouvement haute fréquence animaux.
• Surveillance santé équipements industriels et détection défauts rotors.
• Surveillance santé structurelle bâtiments et ponts sous charges dynamiques.
• Mesure profondeur compressions thoraciques RCP dispositifs médicaux.
• Navigation et détection direction systèmes GPS-augmentés.
• Télédétection activité sismique réseaux surveillance volcans.

Exemples réels

Accéléromètres sont intégraux à avions, missiles, systèmes surveillance sismique, pompes, ventilateurs, compresseurs, DAE médicaux, podomètres, rouleaux compactage intelligents, déploiement airbags, contrôle stabilité électronique voitures, trains pendulaires, gravimètres, caméscopes, G-loggers, téléphones mobiles, et plus.

Chaque smartphone contient un accéléromètre qui, avec un gyroscope, détermine orientation écran et supporte apps basées mouvement. Pensez à la dernière fois que votre téléphone a auto-roté – c'était un accéléromètre au travail.