2.3.2 Transducteur capacitif
Les transducteurs capacitifs (ou électrostatiques),
dans leur principe comportent deux armatures, une fixe et l'autre mobile,
séparées par une couche d'air. Le déplacement de
l'armature mobile peut-être provoqué soit par une pression
acoustique externe (ultrasons) si le transducteur fonctionne comme capteur,
soit par la tension électrique si le transducteur est utilisé
comme actionneur [6].
La figure 2.6 montre le principe de fonctionnement d'un
transducteur capacitif. Quand une tension statique (tension de polarisation)
est appliquée entre les deux armatures, la membrane est attirée
vers le substrat par la force colombienne. Quand un voltage alternatif est
superposé à la tension de polarisation, la membrane va se mettre
en mouvement et une onde ultrasonore est générée et
envoyée dans l'air [64]. De même en mode réception, si un
ultrason approche, la membrane va se déformer ce qui entraine la
variation de la capacité formée entre les deux armatures. En
conservant une charge électrique constante entre les armatures, la
tension électrique entre ces armatures varie selon le mouvement de
l'électrode mobile engendré par la pression acoustique.
Les transducteurs capacitifs possèdent les avantages
suivants : une faible sensibilité aux variations de température,
une grande sensibilité à la pression acoustique et une bonne
performance en terme de bruit [75,76].
Armature
mobile
Cavité Armature
fixe
d
Substrat isolant
S b t t
(a) Pression
acoustique
(b)
(d)
Déplacement
de l'armature
d-w
(f)
Fig. 2.6 - Principe de fonctionnement d'un transducteur
capacitif : (a) Membrane au repos, (b) Application d'une tension de
polarisation continue, (c) Superposition d'une tension alternative, (c)
application d'une pression acoustique [64,75]. d et w sont respectivement
la distance interarmatures et la déflexion de la membrane.
2.3.3 Transducteur piézorésistif
La piézorésistivité est la
capacité que possède un matériau à changer ses
propriétés de conductivité électrique lorsqu'il est
soumis à une contrainte mécanique [77]. Cet effet est surtout
utilisé dans les accéléromètres, les capteurs de
pression et également dans les capteurs ultrasonores dans le domaine de
mesure de distance ou la détection d'obstacle [64].
Les transducteurs piézorésistifs utilisent des
matériaux piézorésistifs comme le silicium monocristallin
ou polysilicium. Ces matériaux sont utilisés pour constituer des
résistances communément appelées jauges de contrainte. Les
transducteurs piézorésistifs sont idéalement
composés de 1,2 ou 4 jauges piézorésistives
diffusées, pour détecter avec la meilleure sensibilité les
contraintes longitudinales et transversales subies par le matériau. Sous
l'effet d'une pression acoustique, la membrane de silicium se déforme,
ce qui entraine la déformation des jauges piézorésistives
et par conséquent il apparait une variation de
résistivités à leurs bornes proportionnelle à la
déformation. Grâce à un pont de Wheatstone, il est
très simple de mesurer et traiter cette variation de résistance.
Donc alors on peut déterminer facilement la pression acoustique
appliquée sur la membrane de silicium (cf. figure 2.7) [78].
Les transducteurs piézorésistifs sont
extrêmement sensibles à la température (i.e. la valeur de
la résistance dépend de la température) et ne peuvent
fonctionner correctement sans l'addition de circuits de compensation
onéreux [75,76].
Silicium
Couche d'oxyde
Jauge
piézorésistive
Pression
acoustique
Interconnexion
en aluminium
Fig. 2.7 - Schéma de principe d'un transducteur
piézorésistif à membrane silicium [78]
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