Titre : | Modélisation et Optimisation d’un Micro-Capteur pour les Applications Spatiales. | Type de document : | document électronique | Auteurs : | OUKIL Souad, Auteur ; BOUGHANMI Nabil, Directeur de thèse | Année de publication : | 20 15 / 20 16 | Importance : | 186 p. | Accompagnement : | CD | Langues : | Français (fre) | Catégories : | Electronique:Instrumentation Spatiale
| Mots-clés : | MEMS accéléromètre Capacités variables Optimisation satellite éléments finis GSA.
MEMS accelerometer variable capacity Optimization satellite finite elements GSA. | Résumé : | La micro-technologie est un ensemble de techniques de fabrication permettant de réaliser des structures de l’ordre du micromètre. C’est pratiquement le cas des microsystèmes qui sont touchés par l’engouement des industriels pour la miniaturisation. Les microsystèmes portant aussi l'acronyme anglais MEMS (Micro Electro Mechanical Systems), ont la particularité de pouvoir intégrer sur le même substrat des différentes parties comme les capteurs, les actionneurs, la microélectronique de commande et de traitement de l’information. La technologie des micro-capteurs comme microsystèmes, est un sujet de recherche qui a suscité un vif intérêt dans plusieurs universités et laboratoires à travers le monde. Cependant, grâce à leurs performances accrues, ils ont ouvert de nombreuses perspectives pour des applications médicales, instrumentations physiques, aéronautiques, spatiales, automobiles....
La possibilité de fabriquer ces capteurs en utilisant des techniques similaires à celles de la microélectronique a rendu ces systèmes multi-physiques en point de vue technique et scientifique. Leur conception nécessite l’interaction entre plusieurs disciplines tels que la micromécanique, la micro-optique, la physique des matériaux,… Par ailleurs, ces systèmes sont complexes à traiter dans le sens où ils présentent des non-idéalités inhérentes à leurs petites dimensions et aux phénomènes mis en jeu - bruits, non-linéarités, effets de couplage, incertitudes de fabrication et sensibilité aux conditions de fonctionnement.
La recherche des hautes performances pour ces microsystèmes suggère l’utilisation des méthodologies et des techniques très avancées. Cependant, aujourd’hui, les études sur les microsystèmes se focalisent principalement sur l’optimisation de la partie mécanique ou de la partie électronique.
La conception d’un capteur peut avoir plusieurs orientations. Notamment, lorsque l’on vise des hautes performances de mesure, une attention toute particulière doit être portée à l’étude et à la conception de l’architecture du capteur. La solution finale peut alors avoir un coût non négligeable en termes: de complexité du microsystème, d’optimisation, du coût de fabrication et de la consommation. Une approche opposée consisterait à concevoir une architecture minimaliste, mais peu coûteuse, en évitant éventuellement toutes contraintes de performances, voir la fiabilité.
Les activités de recherche dans cette thèse se déclinent autour de plusieurs points :
o Application d’algorithme à base de la recherche de gravité afin d’optimiser les paramètres géométriques et de conception des MEMS.
o Développement d’un modèle d’un micro-capteur type accéléromètre pour des applications spatiales.
o Modélisation des MEMS pour divers applications (RF-Switch, Accéléromètre parallèle).
o Développement des modèles éléments finis afin d’obtenir les fréquences et les formes modales des MEMS.
Micro-technology is a set of manufacturing techniques to produce structures in the micrometer range. Practically these case microsystems are affected by the trend for industrial miniaturization. Microsystems also bearing the acronym MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) have the particularity to integrate on the same substrate of the different parts such as sensors, actuators, microelectronics, control and information processing. Micro-sensors such as microsystems technology, is a research topic that has attracted considerable interest in several universities and laboratories around the world. However, thanks to their improved performance, they opened up many opportunities for medical applications, physical instrumentation, aviation, space, automotive....
The possibility of making these sensors using techniques similar to those of microelectronics has made these multi-physics systems technical and scientific point of view. Their design requires the interaction of several disciplines such as micromechanics, micro optics, material physics, ... Moreover, these systems are complex to deal with in the sense that they have non-idealities inherent to their small size and the phenomena involved - noise, non-linearities, coupling effects, manufacturing uncertainties and sensitivity to operating conditions.
The search for these high-performance microsystems suggests the use of methodologies and highly advanced techniques. However, today, studies on microsystems mainly focus on optimizing the mechanical part or the electronics.
The design of a sensor may have multiple orientations. Especially when aiming high performance measurement, particular attention must be paid to the study and design of the architecture of the sensor. The final solution may then have a non-negligible cost in terms of: complexity of the microsystem, optimization of the cost of manufacture and consumption. An opposite approach would be to design a minimalist architecture, but inexpensive, possibly avoiding any performance constraints, see reliability.
My contribution in this thesis is given by several points:
• Application of Gravitation search algorithm to optimize the geometric parameters and design of the MEMS.
• Development of a model of a micro-accelerometer type sensor for space applications.
• Modeling of MEMS for various applications (RF-Switch, parallel Accelerometer).
• Development of finite element models to obtain the frequencies and mode shapes of MEMS.
| Directeur de thèse : | BOUGHANMI Nabi |
Modélisation et Optimisation d’un Micro-Capteur pour les Applications Spatiales. [document électronique] / OUKIL Souad, Auteur ; BOUGHANMI Nabil, Directeur de thèse . - 20 15 / 20 16 . - 186 p. + CD. Langues : Français ( fre) Catégories : | Electronique:Instrumentation Spatiale
| Mots-clés : | MEMS accéléromètre Capacités variables Optimisation satellite éléments finis GSA.
MEMS accelerometer variable capacity Optimization satellite finite elements GSA. | Résumé : | La micro-technologie est un ensemble de techniques de fabrication permettant de réaliser des structures de l’ordre du micromètre. C’est pratiquement le cas des microsystèmes qui sont touchés par l’engouement des industriels pour la miniaturisation. Les microsystèmes portant aussi l'acronyme anglais MEMS (Micro Electro Mechanical Systems), ont la particularité de pouvoir intégrer sur le même substrat des différentes parties comme les capteurs, les actionneurs, la microélectronique de commande et de traitement de l’information. La technologie des micro-capteurs comme microsystèmes, est un sujet de recherche qui a suscité un vif intérêt dans plusieurs universités et laboratoires à travers le monde. Cependant, grâce à leurs performances accrues, ils ont ouvert de nombreuses perspectives pour des applications médicales, instrumentations physiques, aéronautiques, spatiales, automobiles....
La possibilité de fabriquer ces capteurs en utilisant des techniques similaires à celles de la microélectronique a rendu ces systèmes multi-physiques en point de vue technique et scientifique. Leur conception nécessite l’interaction entre plusieurs disciplines tels que la micromécanique, la micro-optique, la physique des matériaux,… Par ailleurs, ces systèmes sont complexes à traiter dans le sens où ils présentent des non-idéalités inhérentes à leurs petites dimensions et aux phénomènes mis en jeu - bruits, non-linéarités, effets de couplage, incertitudes de fabrication et sensibilité aux conditions de fonctionnement.
La recherche des hautes performances pour ces microsystèmes suggère l’utilisation des méthodologies et des techniques très avancées. Cependant, aujourd’hui, les études sur les microsystèmes se focalisent principalement sur l’optimisation de la partie mécanique ou de la partie électronique.
La conception d’un capteur peut avoir plusieurs orientations. Notamment, lorsque l’on vise des hautes performances de mesure, une attention toute particulière doit être portée à l’étude et à la conception de l’architecture du capteur. La solution finale peut alors avoir un coût non négligeable en termes: de complexité du microsystème, d’optimisation, du coût de fabrication et de la consommation. Une approche opposée consisterait à concevoir une architecture minimaliste, mais peu coûteuse, en évitant éventuellement toutes contraintes de performances, voir la fiabilité.
Les activités de recherche dans cette thèse se déclinent autour de plusieurs points :
o Application d’algorithme à base de la recherche de gravité afin d’optimiser les paramètres géométriques et de conception des MEMS.
o Développement d’un modèle d’un micro-capteur type accéléromètre pour des applications spatiales.
o Modélisation des MEMS pour divers applications (RF-Switch, Accéléromètre parallèle).
o Développement des modèles éléments finis afin d’obtenir les fréquences et les formes modales des MEMS.
Micro-technology is a set of manufacturing techniques to produce structures in the micrometer range. Practically these case microsystems are affected by the trend for industrial miniaturization. Microsystems also bearing the acronym MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) have the particularity to integrate on the same substrate of the different parts such as sensors, actuators, microelectronics, control and information processing. Micro-sensors such as microsystems technology, is a research topic that has attracted considerable interest in several universities and laboratories around the world. However, thanks to their improved performance, they opened up many opportunities for medical applications, physical instrumentation, aviation, space, automotive....
The possibility of making these sensors using techniques similar to those of microelectronics has made these multi-physics systems technical and scientific point of view. Their design requires the interaction of several disciplines such as micromechanics, micro optics, material physics, ... Moreover, these systems are complex to deal with in the sense that they have non-idealities inherent to their small size and the phenomena involved - noise, non-linearities, coupling effects, manufacturing uncertainties and sensitivity to operating conditions.
The search for these high-performance microsystems suggests the use of methodologies and highly advanced techniques. However, today, studies on microsystems mainly focus on optimizing the mechanical part or the electronics.
The design of a sensor may have multiple orientations. Especially when aiming high performance measurement, particular attention must be paid to the study and design of the architecture of the sensor. The final solution may then have a non-negligible cost in terms of: complexity of the microsystem, optimization of the cost of manufacture and consumption. An opposite approach would be to design a minimalist architecture, but inexpensive, possibly avoiding any performance constraints, see reliability.
My contribution in this thesis is given by several points:
• Application of Gravitation search algorithm to optimize the geometric parameters and design of the MEMS.
• Development of a model of a micro-accelerometer type sensor for space applications.
• Modeling of MEMS for various applications (RF-Switch, parallel Accelerometer).
• Development of finite element models to obtain the frequencies and mode shapes of MEMS.
| Directeur de thèse : | BOUGHANMI Nabi |
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