Principe et fonctionnement d'un accéléromètre
Principe et fonctionnement d'un accéléromètre
Un accéléromètre est un capteur servant à mesurer une accélération linéaire. Il existe plusieurs technologies permettant de réaliser cette mesure :
- Capacitive,
- Piézorésistive
- Piézoélectrique pour les plus utilisées.
Technologie capacitive
Ici le capteur est constitué d’un condensateur double différentiel, lorsqu’il y a un mouvement suivant le sens des accélérations, il y a modification des valeurs de capacité de chaque condensateur.
L’élément sensible des capteurs que nous proposons est de type « MEMS » pour : Microelectromechanical systems ou systèmes microélectromécaniques en Français.
Ce type de capteur possède une bande passante incluant le continu, l’amortissement est proche de 0,7 (voir la documentation technique de chaque produit).
Technologie piézorésistive :
Technologie piézoélectrique / IEPE :
Les accéléromètres piézoélectriques aussi appelé IEPE (Integrated Electronics Piezo Electric) utilisent les propriétés de certains matériaux cristallins capables de générer une charge électrique lorsqu’ils sont soumis à une contrainte mécanique.
Dans ce type de capteur, une masse inertielle applique une force sur un élément piézoélectrique lorsque le capteur est soumis à une accélération.
Cette contrainte génère une charge électrique proportionnelle à l’accélération.
Cette technologie est particulièrement adaptée à la mesure de phénomènes dynamiques tels que les vibrations et les chocs.
Les accéléromètres piézoélectriques présentent en effet une large bande passante et une excellente robustesse mécanique. Ils sont largement utilisés pour l’analyse vibratoire des machines, les essais dynamiques et les tests de structures.
Dans leur version classique, ces capteurs délivrent un signal sous forme de charge électrique.
L’utilisation d’un amplificateur de charge est alors nécessaire afin de convertir ce signal en tension exploitable par un système d’acquisition.
Les gyroscopes : mesurer la rotation
Contrairement aux accéléromètres, les gyroscopes mesurent la vitesse angulaire.
Cette donnée est cruciale pour déterminer l’orientation et la rotation d’un mobile dans l’espace.
La majorité des capteurs modernes utilisent la technologie MEMS. Ils reposent sur une microstructure vibrante sensible aux forces de Coriolis lors d’une rotation.
Ce mouvement est converti en signal électrique proportionnel à la vitesse de rotation.
Compacts et précis, ils équipent les systèmes de navigation, la robotique et les plateformes stabilisées.
Centrales inertielles IMU : la mesure complète du mouvement
Une centrale inertielle (IMU) combine généralement trois accéléromètres et trois gyroscopes sur trois axes orthogonaux.
Cette configuration permet de capturer simultanément les accélérations linéaires et les rotations tridimensionnelles.
Pour obtenir une mesure fiable, l’IMU utilise des algorithmes de fusion de données.
Ces calculs permettent de corriger le bruit et la dérive des capteurs, garantissant une estimation stable de la trajectoire et de l’orientation en temps réel.
Choisir un accéléromètre
Il est important de définir en premier lieu le domaine d’utilisation du capteur : mesures de chocs, mesures statiques ou vibrations à basses fréquences, crash-test, comportement véhicules,…
Ensuite il y a certains paramètres à prendre en considération :
- La gamme de mesure
Elle est souvent indiquée en g ou m/sec². Cette valeur est liée à l’utilisation que l’on souhaite en faire, exemple : crash-tests, surveillance de pont,… - La fréquence
Elle permet de connaître les limites du capteur, chaque capteur possède une fréquence de résonance, il doit travailler dans une fréquence inférieure à sa fréquence propre sinon il pourrait être endommager. - La sensibilité
Généralement indiqué en mV/g, dans l’idéal, il faudrait que cette donnée soit la plus élevée possible. - La gamme de température
Cette information va être liée à la technologie mais également à l’application. Il y aura des compromis à réaliser. - La masse
Pour ne pas influencer le phénomène qu’il est cencé mesurer, l’accéléromètre doit être le plus léger possible. - Le type de fixation
A coller, à visser cela va dépendre également de l’application, il est important de choisir le bon type de fixation afin de ne pas fausser les mesures. - Mono ou triaxe
Pour permettre la mesure dans un ou trois axes.
N’hésitez pas à nous contacter pour vous conseiller ou définir l’accéléromètre adapté à votre besoin.
Applications
Les capteurs inertiels sont indispensables dans plusieurs secteurs :
- R&D et Laboratoires : Étude dynamique des structures, caractérisation vibratoire et validation de modèles numériques.
- Maintenance Industrielle : Surveillance de machines tournantes et détection précoce de défaillances par analyse vibratoire.
- Navigation et Robotique : Stabilisation de plateformes et correction de trajectoire pour véhicules autonomes ou drones.
Les accéléromètres capacitifs sont généralement utilisés pour :
- Mesures sismiques (faibles vibrations, basses fréquences)
- Surveillance de bâtiment, génie civil, géophysique,…
- Mesure de vibrations appliquées à l’homme (conforts vibratoire, mesures normalisées,…),
- Secteur automobile (comportement véhicule, test de freinage, ADAS véhicule autonome, profil de vie,…)
- Secteur ferroviaire
- Secteur de l’énergie (éolienne)
- Machines agricoles
- Camions et transport.
Les accéléromètres piézorésistifs :
- Crash-tests,
- Mannequin pour crash-tests.
Les accéléromètres piézoelecrique :
- Crash-tests,
- Choc.
