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Vibrating inertial sensors : digital architecture and calibration
No full textDes résonateurs mécaniques piézoélectriques en quartz et à grand facteur de qualité sont conçus à l’ONERA, et sont utilisés pour intégrer des capteurs inertiels. L’accéléromètre à lame vibrante est constitué d’une masse d’épreuve qui, soumise à une accélération, induit une variation de la fréquence de résonance de la lame. Le gyromètre vibrant de type diapason présente deux modes de résonance orthogonaux, et dont les amplitudes sont modulées par l’accélération de Coriolis. Des développements analytiques approchés en considérant l’hypothèse des grands facteurs de qualité permettent de modéliser la réponse des résonateurs à une accélération d’excitation sinusoïdale. Les asservissements de fréquence, phase et amplitude révèlent l’évolution des caractéristiques physiques de la cellule vibrante exploitable pour l’étalonnage du capteur. Le capteur est composé de la cellule piézoélectrique encapsulée sous vide, d’une interface analogique, d’une électronique numérique synthétisée sur FPGA, et d’un ordinateur de bord. Les opérations numériques, telles que la génération du signal d’excitation et la démodulation numérique de la réponse, sans convertisseurs DAC ou ADC, sont implémentées en VHDL et en C. L’architecture de l’instrument inertiel est générique, portable, et non dépendante de composants analogiques spécifiques, dans la perspective d’applications spatiales. La carte FPGA est connectée à l’ordinateur de bord qui pilote et traite les données provenant du résonateur. Les performances sont évaluées par étude du bruit, du facteur d’échelle et du biais du capteur en fonction des conditions thermiques, de l’étendue de mesure et de la bande passante.High Q-factor quartz piezoelectric resonators are designed at ONERA, and used to build inertial sensors. The vibrating beam accelerometer is made by a proof mass which induces a resonant frequency variation of the beam when an acceleration occurs. The tuning-fork vibrating gyroscope involves two perpendicular resonant modes which exchange energy each other by Coriolis effect. Analytic calculations and approximations made from high Q-factor hypothesis bring to resonators response modeling to sinusoidal excitation. Controlloops on frequency, phase an amplitude give access to information about the evolution of the vibrating cell physical characteristics, from which sensor calibration is possible. The sensor is composed by the piezoelectric cell under vacuum, an analog interface, digital electronics on FPGA and an on-board computer. Digital operations, as the excitation signal generation and response measurement by demodulation, without ADC or DAC converters, are implemented in VHDL and in C. The inertial instrument architecture is a generic design non dependent on specific components. The FPGA chip is connected to the onboard computer which drives and computes data provided by the resonator. Performances are obtained by analyzing noise levels, sensor scale factor and bias according to thermal conditions, measuring scale and bandwidth
Design and realization of a bench for the study of the reliability of micro piezoelectric energy harvesting devices dedicated to cardiac implants
No full textDans le cadre de cette thèse de doctorat, nous présentons la conception et la réalisation d’un banc dédié à l’étude de la fiabilité de structures piézoélectriques et plus précisément des micro-dispositifs de récupération d'énergie destinés aux implants médicaux autonomes actifs (stimulateurs cardiaques de nouvelle génération). Les structure étudiées se présentent sous la forme d’un bimorphe piézoélectrique encastré-libre comportant une masse sismique à leur extrémité. Une bonne compréhension du vieillissement des matériaux et des modes de défaillance mécanique et électrique est essentielle pour ce type de système où la vie du patient au sein duquel est implanté le dispositif est directement mise en jeu. Pour étudier la fiabilité et la durabilité de la partie active du récupérateur, nous proposons d'établir une nouvelle méthodologie de vieillissement accélérée via un banc d'essai dédié où l'environnement et les stimuli peuvent être contrôlés avec précision sur une large période de temps. Une caractérisation électromécanique des structures est périodiquement réalisée via l’extraction d’une série d’indicateurs (force de blocage, raideur, tension en régime harmonique) au sein même du banc tout au long du vieillissement. Il est donc ainsi possible d'identifier les différents modes de défaillance potentiels et d’étudier leurs impacts sur le bon fonctionnement du système.Within the framework of this PhD we present the design and realization of a bench dedicated to the study of the reliability of piezoelectric structures and more precisely micro-devices of energy harvesting for the new generation of active and autonomous medical implants. The structures studied are in the form of a free-clamped piezoelectric bimorph having a seismic mass at their tip. A good understanding of the aging of the materials and of the mechanical and electrical failure modes is essential for this type of system where the life of the patient implanted by this device is directly involved. To study the reliability and durability of the active part of the harvester, we propose to establish a new accelerated aging methodology via a dedicated test bench where the environment and stimuli can be controlled accurately over a large period of time. An electromechanical characterization of the structures is periodically carried out by the extraction of a series of indicators (blocking force, stiffness, tension in harmonic regime) within the bench throughout the aging process. Therefore it is possible to identify the different potential failure modes and to study their impact on the proper functioning of the system
Thermal management of on-board electronic components : conception and characterization of active biphasic cooling modules
No full textLes systèmes diphasiques à pompage capillaire sont des dispositifs efficaces de refroidissement des équipements électroniques. Ils trouvent cependant leurs limites dans le cas des applications embarquées en environnements militaires sévères du fait des accélérations importantes et des larges plages de température rencontrées. Une manière d’étendre les performances de ces boucles de refroidissement est de venir assister le pompage passif par un système de pompage actif. L’utilisation des forces Electro-Hydro-Dynamiques (EHD) dans les fluides aux propriétés diélectriques apporte à la fois une solution aux problématiques de mise en mouvement du matériau caloporteur dans ces systèmes, tout en respectant les besoins de fiabilité et de compatibilité avec les environnements propres aux applications visées. Les travaux de cette thèse contribuent à la compréhension des phénomènes physiques prenant place au sein de tels systèmes de pompage et leur intégration au sein d’une boucle diphasique assimilable à un microsystème dédié au refroidissement des composants électroniques embarqués dans les missiles. La première partie des travaux effectués se focalise sur le développement, la conception et la caractérisation de systèmes de pompage EHD. La seconde partie se concentre sur la réalisation d’une boucle diphasique microsystème, à pompage capillaire, assistée par pompage EHD et la caractérisation thermique de cette dernière. En parallèle de cette approche, une transposition des technologies développées a été réalisée à l’échelle de la carte électronique en utilisant les procédés de fabrication des circuits imprimés.Two-phase capillary loops are known as efficient cooling devices for electronic equipment. However, they meet limitations when employed in harsh military environments, due to the wide temperature range and acceleration of the applications. One way of adapting such systems to this field of application is to assist capillary pumping with an active pumping mechanism. Electro Hydro Dynamic forces demonstrated interesting capacity of draining for dielectric fluids, providing promising solutions in terms of pumping, reliability and compatibility with targeted environments.During this thesis, works were performed for a better understanding of physical phenomena involved in such pumping systems. Integration of EHD pumps in a two-phase loop at microsystem scale was the main goal. The first part of the study is focusing on the conception and characterization of EHD pumping devices. The second part concerns the development of a micro-scaled two-phase capillary loop assisted by an active EHD part and its thermal characterization. Aside from these results, these new technologies were transposed from component level to PCB level
Film transfer technology : towards the heterogeneous integration of micro and nanosystems
No full textUne technologie d’élaboration de micro et nanosystèmes idéale devrait permettre l’intégration de différents matériaux (magnétiques, piézoélectriques, polymères, etc.) ou structures (composants optiques, mécaniques, optoélectroniques, etc.) de nature fortement hétérogène dans le but d’obtenir des systèmes multifonctionnels complexes éventuellement encapsulés. Un moyen de contourner les différents problèmes d’incompatibilité, liés aux mélanges des technologies de fabrication, est de transférer les différents films de matériaux ou composants d’un substrat donneur, sur lequel ils ont été préalablement élaborés, vers le substrat comportant le système visé Dans cette optique, un procédé de transfert de film à basse température a été développé. Ce procédé repose sur le contrôle de l’adhésion d’un film mince de nickel préformé, à partir d’un substrat dit « donneur », sur une couche à adhésion contrôlée de nature carbonée ou fluorocarbonée. La libération mécanique du film, sur un substrat dit « cible », est assurée par une soudure adhésive via des cordons de scellement en BCB. Grâce à sa facilité de mise en œuvre et aux faibles températures requises pour le scellement des substrats, ce procédé a permis de transférer des microstructures en nickel sur des substrats de silicium, de verre ainsi que sur des substrats Kapton souples. L’emploi d’une soudure BCB assure l’isolation thermique et électrique des microstructures sur le substrat cible. La versatilité du procédé a été prouvée par l’empilement de microstructures suspendues et par le transfert de divers matériaux. Ce procédé est très prometteur pour de nombreuses applications et apporte de nouvelles perspectives quant à l’intégration hétérogène 3D de micro et nanosystèmes.Nowadays, micro and nano systems fabrication technologies should allow the integration of any passive or active materials (magnetic, piezoelectric, polymers, etc.) in various forms (films, micro/nanostructures, etc.) to build and/or package highly integrated multi-functional systems. A generic technology able to solve incompatibility issues related to the mixing of different technologies is pattern or device transfer by wafer bonding from a donor wafer to the target substrate. Ideally, such a process should be versatile, low cost, selective and over all should involve minimum interaction and processing steps on the target wafer. From this perspective, a low cost and low temperature MEMS transfer process has been developed. The process is based on adhesion control of molded electroplated Ni microstructures on the donor wafer by using plasma deposited fluorocarbon films and sputtered carbon films (for high temperature materials). Adhesive bonding of the microstructures on the target wafer using BCB sealing enables mechanical tearing off from the donor wafer. This proposed process has allowed us to realize various Ni patterns on Si, Pyrex glass wafers and Kapton foils. Furthermore, BCB sealing leads to freestanding microstructures which are thermally and electrically isolated from the target substrate. Thanks to multiple transfers, Ni stacked microstructures have been achieved. The transfer of various materials has been demonstrated for simple and complex structures. This transfer process is very promising for numerous applications and brings new perspectives towards 3D microfabrication and heterogeneous integration of MEMS/NEMS
Going Beyond Counting First Authors in Author Co-citation Analysis
Get PDFThe present study examines one of the fundamental aspects of author co-citation analysis (ACA) - the way co-citation
counts are defined. Co-citation counting provides the data on which all subsequent statistical analyses and mappings
are based, and we compare ACA results based on two different types of co-citation counting - the traditional type that
only counts the first one among a cited work's authors on the one hand and a non-traditional type that takes into
account the first 5 authors of a cited work on the other hand. Results indicate that the picture produced through this non-traditional author co-citation counting contains more coherent author groups and is therefore considerably clearer. However, this picture represents fewer specialties in the research field being studied than that produced through the traditional first-author co-citation counting when the same number of top-ranked authors is selected and analyzed. Reasons for these effects are discussed
Variations on the Author
Get PDF“Variations on the Author” discusses two of Eduardo Coutinho’s recent films (Um Dia na Vida, from 2010, and Últimas Conversas, posthumously released in 2015) and their contribution to the general question of documentary authorship. The director’s filmography is characterized by a consistent yet self-effacing form of authorial self-inscription: Coutinho often features as an interviewer that rather than express opinions propels discourses; an interviewer that is good at listening. This mode of self-inscription characterizes him as an author who is not expressive but who is nonetheless markedly present on the screen. In Um Dia na Vida, however, Coutinho is completely absent form the image, while Últimas Conversas, on the contrary, includes a confessional prologue that moves the director from the margins to the center of his films. This article examines the ways in which these works stand out in the filmography of a director who offers new insights into the notion of cinematic authorship
Appropriate Similarity Measures for Author Cocitation Analysis
Get PDFWe provide a number of new insights into the methodological discussion about author cocitation analysis. We first argue that the use of the Pearson correlation for measuring the similarity between authors’ cocitation profiles is not very satisfactory. We then discuss what kind of similarity measures may be used as an alternative to the Pearson correlation. We consider three similarity measures in particular. One is the well-known cosine. The other two similarity measures have not been used before in the bibliometric literature. Finally, we show by means of an example that our findings have a high practical relevance.information science;Pearson correlation;cosine;similarity measure;author cocitation analysis
Dispelling the Myths Behind First-author Citation Counts
Get PDFWe conducted a full-scale evaluative citation analysis study of scholars in the XML research field to explore just how different from each other author rankings resulting from different citation counting methods actually are, and to demonstrate the capability of emerging data and tools on the Web in supporting more realistic citation counting methods. Our results contest some common arguments for the continued
use of first-author citation counts in the evaluation of scholars, such as high correlations between author rankings by first-author citation counts and other citation
counting methods, and high costs of using more realistic citation counting methods that are not well-supported by the ISI databases. It is argued that increasingly available digital full text research papers make it possible for citation analysis studies to go beyond what the ISI databases have directly supported and to employ more
sophisticated methods
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