Technologies de détection utilisées pour les accéléromètres

L'effet piézoélectrique est une propriété inhérente ou induite de certains cristaux. Lorsque le cristal subit une contrainte due à une force appliquée, des ions négatifs et positifs s'accumulent sur les surfaces opposées du cristal. La quantité de charge accumulée est directement proportionnelle à la force appliquée. Les capteurs piézoélectriques évacuent cette charge par l'intermédiaire d'un amplificateur afin de mesurer l'amplitude de la charge. La géométrie du capteur détermine les paramètres physiques (généralement la force, la pression ou l'accélération) auxquels le cristal est sensible.

Les accéléromètres piézoélectriques utilisent des cristaux de quartz naturels ou des céramiques polycristallines artificielles comme éléments de détection. Une masse d'épreuve est accouplée au cristal et la sortie est générée lorsqu'une force est imposée au cristal pendant l'accélération. Cette force provoque une contrainte dans le cristal, qui génère alors une charge électrique relative à la force appliquée - l'effet piézoélectrique. La force est proportionnelle à l'accélération appliquée, conformément à la loi du mouvement de Newton F=ma. Les accéléromètres piézoélectriques ne peuvent pas mesurer une accélération constante car ils sont intrinsèquement couplés à un courant alternatif. Cependant, ils constituent généralement le choix le plus polyvalent et le plus économique pour mesurer des accélérations transitoires et périodiques rapides.

Les accéléromètres piézorésistifs peuvent être fabriqués à partir de jauges de contrainte métalliques, de silicium piézorésistif ou en tant que dispositif MEMS. Dans ces modèles, le matériau résistif est généralement collé à une poutre en porte-à-faux qui subit une flexion sous l'effet de l'accélération. Cette flexion provoque une déformation de la résistance, ce qui entraîne une modification de sa résistance. Les résistances sont normalement configurées dans un circuit de pont de Wheatstone, qui fournit un changement de tension de sortie proportionnel à l'accélération. Les accéléromètres piézorésistifs sont capables de mesurer des accélérations constantes, transitoires et périodiques.

Les accéléromètres capacitifs utilisent les propriétés d'un condensateur à plaques opposées pour lequel la distance entre les plaques varie proportionnellement à l'accélération appliquée, modifiant ainsi la capacité. Cette variable est utilisée dans un circuit pour délivrer un signal de tension proportionnel à l'accélération. Les accéléromètres capacitifs sont capables de mesurer des accélérations constantes ainsi que des accélérations transitoires lentes et périodiques.