Etude et réalisation d'une électronique adaptée au micro-gyromètre vibrant piézoélectrique

Dans le cadre du développement actuel des micro-technologies, de nouveaux types de gyromètres voient le jour : les micro-gyromètres vibrant à effet Coriolis. Leur taille et leur coût sont sans commune mesure avec les gyromètres existants et ouvrent la voie à de nouvelles applications, notamment le pilotage des futurs micro-drones. L'objet de mon travail de thèse est l'analyse du potentiel de performances du micro-gyromètre en quartz VIG développé à l'ONERA et la conception d'une électronique (oscillateur et détection) adaptée à la structure mécanique du capteur. La démarche s'organise en trois parties. Dans un premier temps, le potentiel de performances du micro-gyromètre est analysé grâce au développement de modèles multi-physique incluant la mécanique, la piézoélectricité et l'électronique associée. L'étude de ces modèles met ainsi en évidence les paramètres limitant les performances, et les boucles d'asservissement à réaliser sur l'électronique associée. De nouveaux circuits sont alors étudiés puis réalisés, notamment un nouveau concept d'oscillateur à PLL avec asservissement de l'amplitude de la vibration mécanique pilote et de la phase aux bornes du résonateur, et une électronique de détection améliorée. Enfin, les résultats expérimentaux d'une maquette complète du micro-gyromètre bénéficiant des nouveaux circuits électroniques sont présentés et les limitations des performances analysées.Thanks to the recent developments of micro-technologies, a new kind of gyrometer appears: the Coriolis micro-gyrometer. Its cost and size are a lot smaller than those of existing gyrometers and make possible new applications such as the guidance of future micro-drones. The goal of my work is the analysis of the performances of the micro-gyrometer VIG developed at ONERA and the design of a new electronics (oscillator and detection) adapted to the mechanical structure of the sensor. This study is organized in three parts. First, the performances of the micro-gyrometer are analyzed with the development of multi-physics models including mechanics, piezoelectricity and electronics. The study of these models points out the parameters limiting the performances and the control loops to implement on the electronics. New circuits are then developed, such as a new concept of oscillator with a control loop to control the amplitude of the pilot mechanical vibration another one to control the phase across the resonator, and also an amelioration of the detection electronics. Finally, experimental results of a complete micro-gyrometer including the new electronics are presented and the performances limitations are discussed.ORSAY-PARIS 11-BU Sciences (914712101) / SudocSudocFranceF