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Dissertations / Theses on the topic 'Capteur à ondes acoustiques de surface'
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Hoang, Trang. "Conception et réalisation d'un capteur de pression à ondes acoustiques de surface à base d'AlN." Université Joseph Fourier (Grenoble), 2009. http://www.theses.fr/2009GRE10010.
Full textAbstract:
L'objectif de cette thèse est la conception d'un capteur de pression à ondes de surface utilisant le nitrure d'aluminium (AlN). Les études théoriques, la réalisation et la caractérisation du capteur de pression sur différentes structures à ondes de surface sont présentées. La modélisation du capteur est effectuée en utilisant un circuit équivalent basé sur le modèle de Mason et la méthode des modes couplés. Les paramètres des ondes de surfaces sont obtenus par calcul et analysés pour différentes structures telles que AlN/SiO2/Si, AlN/Si et AlN/Mo/Si. A partir de ces analyses, nous avons montré que la vitesse des ondes ainsi que le facteur de couplage peuvent dépendre du milieu de propagation. Pour chaque type de structure utilisant l'AlN, nous déterminons la plage d'épaisseur de la couche d'AlN pour laquelle la vitesse des ondes et le facteur de couplage présentent une faible dépendance au regard de l'épaisseur d'AlN. Les dispositifs à ondes de surface doivent être conçus, en particulier pour le choix des épaisseurs de différentes couches, en tenant compte de la précision du procédé de fabrication, afin de réduire les dispersions de caractéristiques des capteurs. En outre, nous avons analysé le comportement mécanique de la membrane en présence d'une pression et nous en avons déduit la sensibilité du capteur. Les effets des variations de température sur une structure à ondes de surface (SAW) sont étudiés. Pour des applications dans le domaine de la mesure de pressions, nous proposons une méthode de réduction des effets des variations de température. Pour le précédé de fabrication, nous proposons d'utiliser le micro-usinage de surface. Ce type de procédé de fabrication permet d'obtenir exactement les dimensions des membranes utilisées dans les capteurs de pression et il permet aussi de réaliser tout type de géométrie grâce au procédé d'arrêt de gravure du silicium. Les films de nitrure d'aluminium sont caractérisés au cours de la fabrication. Nous avons trouvé que pour améliorer le comportement piézoélectrique de l'AlN, trois voies sont possibles : utiliser une couche de molybdène sous l'AlN, réduire la rugosité de la couche se trouvant sous l'AlN jusqu'à 0,2 nm et augmenter l'épaisseur de l'AlN. Les pertes acoustiques de propagation, le facteur de couplage, l'effet d'une couche de Mo et l'effet du film mince de polyimide sur la fréquence centrale sont analysés expérimentalement. En conclusion, la sensibilité de pression mesurée de notre dispositif est présentée. Ce dernier résultat est très prometteurThe goal of this thesis is the design of a surface acoustic wave (SAW) pressure sensor using Aluminium Nitride (AlN). Theoretical studies, realization, and characterization of the pressure sensor on different SAW structures are presented. The modeling of the sensor was performed using an equivalent circuit based on Mason model and Coupling-Of-Mode. The theoretical study, SAW parameters in different structures of AlN/SiO2/Si, AlN/Si, and AlN/Mo/Si are calculated and analyzed. From these analysis, the wave velocity as well as coupling factor could depend on the wave propagation medium. For each structure using AlN, we establish the range of thickness of AlN layer, in which there is a weak dependence of the wave velocity and coupling factor on the AlN layer thickness. The SAW devices should be designed, in particular for the choice of the thicknesses of the different layers, by taking into account the accuracy of the manufacturing process, to reduce dispersion effects on the sensors characteristics. Besides, we also performed the mechanical analysis of the membrane under pressure and we have deduced the pressure sensitivity. The effect of frequency variation due to temperature change in SAW device using AlN is given. For pressure measurement applications, we propose a method to reduce temperature change effects. Concerning the fabrication process, we propose to use surface micro-machining. This kind of fabrication process allows to obtain exactly the dimensions of membranes used in pressure sensors and it also allows to have any kind of geometry due to the silicon etch stop wall. Characterizations of AlN film are done during fabrication process. We found that to increase the piezoelectric behavior of AlN, there are three possible ways: using a bottom Mo layer, decreasing the roughness of the layer below the AlN layer up to 0. 2nm and increasing the thickness of AlN. Acoustic propagation losses, coupling factor, effect of Mo layer and the effect of thin polyimide film on the center frequency are experimentally analyzed. Finally, the measured pressure sensitivity of our device is presented. This last result is promising
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Ndao, Saliou. "Développement de capteurs interdigités à ondes acoustiques de surface pour l'estimation de l'humidité dans des structures en béton." Thesis, Valenciennes, Université Polytechnique Hauts-de-France, 2020. http://www.theses.fr/2020UPHF0005.
Full textAbstract:
Dans ce travail, nous avons développé des capteurs ultrasonores interdigités (IDT) d’humidité exploitant des ondes acoustiques de surface (SAW) de type Rayleigh. Ces capteurs SAWIDT sont destinés à suivre d’une part l’humidité ambiante dans les bétons du génie civil et d’autre part, le monitoring du séchage des bétons réfractaires à haute température (jusqu’à 450°C). Dans ce dernier cas, une évaporation brusque de l’humidité résiduelle lors d’une première mise en œuvre conduit à un endommagement de la structure d’où l’intérêt de s’assurer de l’absence d’humidité en fin de séchage de la structure. Ces deux applications imposent de développer de nouveaux capteurs d’humidité capables d’opérer à haute température et de détecter de faibles taux d’humidité relative dans le cadre des bétons réfractaires et de forts taux d’humidité relative dans le cadre des bétons du génie civil. Par ailleurs, la présence d’eau liquide ne doit pas avoir de conséquence sur le fonctionnement de ces capteurs. Pour ce faire, les capteurs SAW-IDT en mode ligne à retard ont été privilégiés. Ces derniers ont la particularité d’être très sensibles aux aspects environnementaux grâce au confinement de l’énergie des ondes à l’extrême surface (environ une longueur d’onde). De plus, dans la configuration de ces capteurs SAW-IDT, il est possible d’adapter les matériaux qui les composent (substrats piézoélectriques, couches sensibles à l’humidité et électrodes) en fonction de l’application visée. Au cours de cette thèse, des capteurs SAW-IDT opérant à 30 MHz sur substrat de niobate de lithium et fonctionnalisés avec une couche polymérique d’alcool polyvinylique (PVA) pour les applications basse température et d’oxyde de silicium pour celles à haute température ont été réalisés et optimisés. Des premiers tests in situ ont pu être menés. Il a été ainsi montré les potentialités de ces types de capteurs d’humidité aussi bien pour le monitoring de l’humidité ambiante dans les structures en génie civil que le suivi du séchage des bétons réfractairesIn this work, we have developed ultrasonic humidity interdigital (IDT) sensors exploiting Rayleigh type Surface Acoustic Waves (SAW). These SAW-IDT sensors are intended to monitor ambient humidity in civil engineering concretes and to monitor the refractory concretes drying at high temperatures (up to 450°C). In the latter case, a sudden evaporation of the residual humidity during a first implementation leads to a damage to the structure from which the interest to ensure the absence of humidity at drying end of the structure. These two applications require the development of new humidity sensors capable of operating at high temperatures and detecting low relative humidity levels in the context of refractory concretes and high relative humidity levels in the context of engineering concretes civil. In addition, the presence of liquid water must not have any effect on the operation of these sensors. To do this, SAW-IDT delay line sensors have been favored. The latter have the particularity of being very sensitive to environmental aspects thanks to the confinement of the acoustic waves energy at the near surface (approximately one wavelength). In addition, in the configuration of these SAW-IDT delay line sensors, it is possible to adapt the materials that compose them (piezoelectric substrates, humidity sensitive layers and electrodes) according to the intended application. In this work, SAW-IDT delay line sensors operating at 30 MHz on lithium niobate substrate and functionalized with a polymeric polyvinyl alcohol (PVA) layer for low temperature applications and silica layer for high temperature applications have been realized and optimized. First in situ tests could be conducted. It has been shown the potential of these types of humidity sensors both for the monitoring of ambient humidity in civil engineering structures and the monitoring of the refractory concrete drying
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Dubosc, Fabrice. "Etude et réalisation d'un capteur acoustique à ondes de surface : vers l'utilisation du silicium poreux comme surface sensible." Thesis, Tours, 2018. http://www.theses.fr/2018TOUR4027.
Full textAbstract:
Les capteurs à ondes de surface (SAW) présentent plusieurs intérêts, tels que leur robustesse, leur adaptabilité et leur faible coût de fabrication. Un des facteurs de performance de ce type de capteur est sa sensibilité. Généralement pour l’améliorer les efforts se concentrent sur la couche sensible. Une alternative innovante est l’augmentation de la surface active en porosifiant le substrat. L’ouverture du matériau piézoélectrique le long du chemin de propagation permettra, ainsi, la captation des espères dans les pores du substrat. L’objectif de cette thèse est de proposer une nouvelle architecture de capteur permettant l’usage du silicium poreux en tant que couche guidante et sensibleSurface wave sensors (SAW) have several advantages, such as robustness, adaptability and low manufacturing costs. One of the key performance factors of this type of sensor is its sensitivity. Generally to improve it, the efforts focus on the sensitive layer. An innovative alternative is the increase of the active surface by porosifying the substrate. The opening of the piezoelectric material along the path of propagation and its replacement by porous silicon will thus enable the capture of the species to be detected in the pores. The objective of this thesis is to propose a new sensor architecture allowing the use of porous silicon as a guiding and sensing layer
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Rebière, Dominique. "Capteurs à ondes acoustiques de surface : application à la détection des gaz." Bordeaux 1, 1992. http://www.theses.fr/1992BOR10626.
Full textAbstract:
L'etude concerne des dispositifs a ondes acoustiques de surface utilises pour la detection des gaz. Les travaux effectues au cours de la derniere decennie ont montre l'interet de tels dispositifs. Dans cette etude, les mecanismes de propagation des ondes elastiques dans les structures multicouches sont presentes sous forme matricielle, permettant de s'affranchir des hypotheses limitatrices liees a la methode des perturbations habituellement utilisee. Des oscillateurs pilotes par des lignes a retard a ondes acoustiques de surface, ont ete realises et caracterises. La presence de depot a proprietes d'absorption selective sur les lignes transforme celles-ci en detecteur de gaz. Le modele etudie et caracterise est celui de la detection du no#2 par une couche de phthalocyanine de cuivre
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Hotel, Olivier. "Algorithmes, méthodes et modèles pour l'application des capteurs à ondes acoustiques de surface à la reconnaissance de signatures de composés chimiques." Thesis, Paris 6, 2017. http://www.theses.fr/2017PA066565/document.
Full textAbstract:
Récemment, les systèmes multicapteurs ont trouvé de nombreuses applications dans des domaines tels que l’industrie agroalimentaire, l’environnement, la médecine et la défense. Parmi les technologies existantes, les capteurs à ondes acoustiques de surface sont l’une des plusprometteuses et fait l’objet de nombreuses recherches. Les travaux décrits dans ce manuscrit concernent le développement d’algorithmes permettant la reconnaissance de composés chimiques et l’estimation de leur concentration. Cette étude décrit une méthode permettant d’estimer les paramètres des phénomènes de transduction. L’intérêt de ces derniers est mis en évidence expérimentalement dans des applications consistant à identifier des toxiques chimiques, des capsules de café contrefaites et à détecter la présence de DMMP et de 4-NT en présence d’interférentsRecently, gas sensor arrays have found numerous applications in areas such as the food, the environment, the medicine and the defenseindustries. Among the existing technologies, the surface acoustic wave technology is one of the most promising and has been the subject of abundant research. The work described in this manuscript concerns the development of algorithms allowing the recognition of chemical compounds and the estimation of their concentration. This study describes a method for estimating the parameters of transduction phenomena. Their interest is demonstrated experimentally in applications consisting in identifying toxic chemical compounds, counterfeit coffee capsules and in detecting the presence of DMMP and 4-NT in the presence of interfering compounds
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Hotel, Olivier. "Algorithmes, méthodes et modèles pour l'application des capteurs à ondes acoustiques de surface à la reconnaissance de signatures de composés chimiques." Electronic Thesis or Diss., Paris 6, 2017. http://www.theses.fr/2017PA066565.
Full textAbstract:
Récemment, les systèmes multicapteurs ont trouvé de nombreuses applications dans des domaines tels que l’industrie agroalimentaire, l’environnement, la médecine et la défense. Parmi les technologies existantes, les capteurs à ondes acoustiques de surface sont l’une des plusprometteuses et fait l’objet de nombreuses recherches. Les travaux décrits dans ce manuscrit concernent le développement d’algorithmes permettant la reconnaissance de composés chimiques et l’estimation de leur concentration. Cette étude décrit une méthode permettant d’estimer les paramètres des phénomènes de transduction. L’intérêt de ces derniers est mis en évidence expérimentalement dans des applications consistant à identifier des toxiques chimiques, des capsules de café contrefaites et à détecter la présence de DMMP et de 4-NT en présence d’interférentsRecently, gas sensor arrays have found numerous applications in areas such as the food, the environment, the medicine and the defenseindustries. Among the existing technologies, the surface acoustic wave technology is one of the most promising and has been the subject of abundant research. The work described in this manuscript concerns the development of algorithms allowing the recognition of chemical compounds and the estimation of their concentration. This study describes a method for estimating the parameters of transduction phenomena. Their interest is demonstrated experimentally in applications consisting in identifying toxic chemical compounds, counterfeit coffee capsules and in detecting the presence of DMMP and 4-NT in the presence of interfering compounds
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Tortissier, Gregory. "Étude et développement d'une plateforme de détection chimique à ondes acoustiques de surface pour environnement sévère haute température." Phd thesis, Université Sciences et Technologies - Bordeaux I, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00585725.
Full textAbstract:
Ces travaux ont visé le développement d'une plateforme complète de détection de gaz pour environnement sévère haute température. Cette plateforme intègre un dispositif à ondes acoustiques de surface sur substrat Langasite, une résistance chauffante, une couche sensible inorganique nanostructurée et est placée dans une enceinte hermétique. Des températures de l'ordre de 450 °C ont été atteintes et des tests de cyclages ont démontré un fonctionnement reproductible en accord avec les modèles théoriques. Des tests de détection de composés organiques volatils (éthanol et toluène) ont mis en avant le fort potentiel du couplage entre dispositifs acoustiques et couches sensibles mésoporeuses présentant des seuils de détection de l'ordre de quelques ppm.
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Aubert, Sébastien. "Étude d’un résonateur phononique à onde de surface pour des applications de capteurs de température et de déformation." Thesis, Bourgogne Franche-Comté, 2019. http://www.theses.fr/2019UBFCD008.
Full textAbstract:
Les résonateurs à ondes acoustiques de surface peuvent être utilisés en tant que capteur pour la mesure de température et de contrainte. La fonction capteur s’appuie sur l’exploitation de la variation de fréquence des résonateurs qui dépend de la variation de la grandeur mesurée. La technologie employée actuellement, à miroirs de Bragg, montre ses limites en termes de performances aux fréquences élevées (supérieures à 1 GHz).L’objectif de ces travaux fut ainsi d’étudier les possibilités et performances des cristaux phononiques. Cette technologie désigne l’ensemble des matériaux possédant des structures arrangées périodiquement permettant de contrôler la propagation des ondes élastiques. Elle constitue une alternative potentielle aux miroirs de Bragg dans un résonateur, offrant un confinement spatial omnidirectionnel et un degré supplémentaire d’optimisation.Une structure phononique à réseau carré de piliers a été numériquement et expérimentalement étudiée. Par combinaison de résonances locales et de réflexions multiples de Bragg, des bandes interdites ont pu être ouvertes et exploitées. La fréquence d’étude a été choisie à environ 450 MHz, en utilisant l’electroformage nickel pour la fabriquation des piliers. Dans cette gamme de fréquence, il a été mis en évidence des bandes interdites par le biais de caractérisations large bande. Un résonateur phononique a pu être conçu, fabriqué, et caractérisé par des mesures électriques et optiques. Un facteur de qualité d’environ 950 a été obtenu avec une réflexion quasi-totale de l’onde incidente atteinte en moins de dix périodes. Les mesures ont pu être confronté aux simulations, ce qui a notamment permis d’expliquer les phénomènes observés et les mécanismes mis en jeuSurface acoustic wave resonators can be used as sensors for temperature and strain monitoring. The idea is to take advantage of the variation in frequency of the resonators that depends on the measured quantity. Currently, the technology used, based on Bragg mirrors, shows its limits in terms of performance at high frequencies (above 1 GHz).The aim of this PhD thesis work was to study the potential and performance of a new technology based on the use of phononic crystals. This technology refers to periodically arranged materials, acting on acoustic waves’ propagation. Phononic crystals represent an alternative to classical Bragg mirror technology, allowing an omnidirectional spatial confinement and an additional degree of freedom for optimization.A square lattice pillar based phononic crystal was theoretically and experimentally investigated. Based on the combination of Bragg scattering and local resonances, we were able to create acoustic band gaps that could be exploited. The operating frequency considered was about 450 MHz, using nickel electroplating to fabricate pillars. In this frequency range, we demonstrated the presence of acoustic band gaps using wide band electrical characterization. A phononic resonator was designed, fabricated and characterized by electrical and optical methods. A quality factor of about 950 was obtained, with total reflection of acoustic wave reached within less than ten periods. Comparison of measurements and simulations allowed us to explain the acoustic phenomena involved
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Liu, Yuxin. "Etude de cristaux phononiques à base des matériaux micro/nano structurés pour la manipulation des ondes de Love." Thesis, Ecole centrale de Lille, 2019. http://www.theses.fr/2019ECLI0007.
Full textAbstract:
Le contrôle de la propagation des ondes élastiques repose principalement sur la conception de milieu artificiel à base de matériaux structurés pour obtenir une ingénierie avancée de la dispersion de la propagation. Au cours de la thèse, la dispersion du mode guidé de polarisation transverse horizontale (mode de Love) dans la structure bi-couche SiO2/Quartz (Coupe ST-90°) a été numériquement étudié et les applications résultantes explorées. Les propriétés des cristaux phononiques (CPns) à base de trous micro-usinés dans la couche SiO2 ont été étudié, ainsi que l’interaction de ce mode avec des plots déposés à la surface de cette couche guidante. Dans le cas des CPns à trous nous avons montré qu’il est possible d’ouvrir des bandes interdites, cette propriété a été exploitée pour le design d’un résonateur cavité. Les performances de ce résonateur sont étudiées en fonction des paramètres géométriques qui le caractérisent. Il est aussi proposé d’étudier l’interaction des modes de cavité avec les modes de résonance des plots déposés à la surface de la cavité. Ceci peut mieux confiner les modes et donc améliorer drastiquement le facteur de qualité. On s’est intéressé aussi à l’interaction du mode Love avec des métasurfaces à base de plots déposés à la surface de SiO2. Les couplages entre des plots de géométries identiques ou non ont donné lieu aux divers phénomènes comme analogue acoustique de Autler-Townes Splitting, résonance Fabry-Perot, transparence induite acoustiquement et résonance Fano. Les résultats présentés pourraient être utilisés pour des applications potentielles telles que le traitement du signal, le contrôle des ondes, les métamatériaux et les biocapteursThe control of the propagation of elastic waves relies mainly on the design of artificial medium based on structured materials to obtain an advanced engineering of the dispersion of the propagation. During the thesis, the dispersion of the shear horizontal polarised guided mode (Love mode) in the bi-layer SiO2/Quartz (90ST-cut) structure was numerically investigated and the resulting applications explored. The properties of phononic crystals (PnCs) based on micro-machined holes in the SiO2 layer, and the interaction of this mode with pillars deposited on the surface of this guiding layer, have been studied. In the case of holey PnCs we have shown that it is possible to open band gaps, this property has been exploited for the design of a cavity resonator. The performances of this resonator are studied according to the geometrical parameters characterizing it. It is also proposed to study the interaction of the cavity resonator’s modes with the resonant modes of pillars deposited on the surface of the cavity. This has the effect of a better confinement of the modes and thus a drastic improvement of the quality factor. We also investigated the interaction between the Love mode and metasurfaces based on pillars deposited on the surface of SiO2. The couplings between pillars of identical or not geometries gave rise to various phenomena like acoustic analogue of Autler-Townes Splitting, Fabry-Perot resonance, acoustically induced transparency and Fano resonance. The results presented in this study could be used for potential applications such as signal processing, wave control, metamaterials and biosensors
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Tortissier, Grégory. "Étude et développement d’une plateforme de détection chimique à ondes acoustiques de surface pour environnement sévère haute température." Thesis, Bordeaux 1, 2009. http://www.theses.fr/2009BOR13859/document.
Full textAbstract:
Ces travaux ont donc visé le développement d’une plateforme complète de détection de gaz pour environnement sévère haute température. Cette plateforme intègre un dispositif à ondes acoustiques de surface sur substrat Langasite, une résistance chauffante, une couche sensible inorganique nanostructurée et est placée dans une enceinte hermétique. Des températures de l’ordre de 450°C ont été atteintes et des tests de cyclages ont démontré un fonctionnement en accord avec les modèles théoriques et une reproductibilité des mesures. Des tests de détection de composés organiques volatils (éthanol et toluène) ont mis en avant des seuils de détection de l'ordre de quelques ppmMeasuring pollutants concentrations in gas and vapors emissions are important environmental issues. This work presents a stand-alone portable device for high temperature assessment. The system includes a Langasite (LGS) acoustic sensor, a ceramic heater and a platform with RF connections for remote in-situ measurements. The packaging consists in a hermetic stainless steel cell which enables safe gas detection. In situ temperature measurements have been achieved and the thermal behavior was successfully investigated in the temperature range 25-450°C. The designed cell highlights good agreement with theoretical models and reproducibility of the measures. Volatile organic compounds exposures have been investigated and promising ppm level detections have been obtained
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Fertier, Laurent. "Couches minces fonctionnalisées pour la détection chimique et biochimique : applications aux transducteurs à ondes acoustiques." Montpellier 2, 2008. http://www.theses.fr/2008MON20132.
Full textAbstract:
La fonctionnalisation de surface de transducteurs à ondes acoustiques guidées (SH-SAW) est décrite dans le but d'obtenir des couches minces fonctionnelles pour la détection des métaux dissous et la reconnaissance antigène/anticorps. Dans le cadre de l'élaboration des capteurs chimiques, une molécule chélatante, à fonction thiourée, a été synthétisée, caractérisée puis immobilisée par liaison amide sur le dispositif. Cette immobilisation a été réalisée par l'intermédiaire d'une couche mince d'amines primaires déposée par adsorption chimique du 3-aminopropyltriehoxysilane (APTES) sur le capteur. Les propriétés acoustiques du dispositif sont principalement liées aux propriétés physiques des couches déposées (épaisseur, rugosité, homogénéité) ce qui a permis de valider cette méthode de fonctionnalisation pour les capteurs chimiques. Ces dispositifs ont ensuite été introduits dans un système d'analyse pour montrer leurs sensibilités aux cations Cd2+ en milieu liquide. Dans le but de développer des capteurs à reconnaissance antigène/anticorps, un peptide antigénique a été immobilisé par liaison α-oxo-semicarbazone sur une monocouche autoassemblée (SAMs). Le greffage du peptide et la reconnaissance de l'anticorps ont été suivis en temps réel sur le transducteur piézoélectrique. La microscopie de fluorescence ainsi qu'une analyse de surface par AFM ont permis de confirmer ces interactions spécifiques. Dans le cas du couple HA/anti-HA étudié le domaine de linéarité de la réponse du capteur est compris entre 0,1 µg. ML-1 et 5,0 µg. ML-1. Aux vues de ces résultats, la caractérisation gravimétrique de ce type d'interaction biomoléculaire est une voie complémentaire à la fluorescence utilisée communément en analyse biologiqueThe surface functionalization of guided-SH-SAW (Shear Horizontal – Surface Acoustic Wave) transducers was carried out to prepare layers for heavy metals chelation and antibodies recognition. For the preparation of the chemical sensors, a thiourea molecule acting as a chelating agent for heavy metals was grafted on the top-layer of the transducer. This covalent immobilization was obtained by amide bonds through primary amine groups immobilized on the device by the chemisorption of the 3-aminopropyltriethoxysilane (APTES). The acoustic properties of the devices were mainly related to the nanometric thickness of the layers, which proved chemisorption of APTES was an efficient method to prepare a chemical acoustic sensor. The thiourea modified transducer was inserted in a microfluidic analysis system to prove its sensitivity for cadmium ions in liquid media. In the aim to develop bio-chemical sensors based on antigen/antibody recognition, a functionalization way based on SAMs of semicarbazyde functions leading to an α-oxo-semicarbazone bond with antigenic peptide is described. The first interest was to observe in real-time the immobilization of the peptide on the surface, followed by the monitoring of the antibody recognition (linear sensitivity range for HA antibody: 0. 1 µg. ML-1 to 5. 0 µg. Ml-1). Based on these results, this gravimetric determination is a promising complementary route for antibodies analysis
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Lamothe, Marc. "Capteurs à ondes élastiques de surface à codage spectral Ultra Large Bande." Thesis, Besançon, 2014. http://www.theses.fr/2014BESA2070/document.
Full textAbstract:
Le codage spectral Ultra Large Bande (ULB) appliqué aux dispositifs `a ondes élastiques de surface(SAW), exploit ´es comme capteurs passifs interrogeables par liaison radio fréquence, augmente lenombre de données stockées et échangées, et améliore la résolution sur la mesure. L’approcheproposée est de réaliser des dispositifs SAW ULB dans la bande de fréquence 2 GHz − 2.5 GHzréglementée par la norme de communication radio fréquence américaine, après prototypage dansune bande de fréquences plus basses de 200 MHz − 400 MHz. La puissance autorisée sur cettepremière bande est de −41.3 dBm/MHz : pour un dispositif SAW ayant des pertes d’insertion del’ordre de 30 dB, la distance d’interrogation établie par application de l’ équation du RADAR estthéoriquement limitée `a environ 1 m. Afin d’avoir la portée la plus grande possible, nous avonsétudié plusieurs architectures de dispositifs SAW : standards et modulés linéairement en fréquence,pour limiter les pertes d’insertion. A l’aide d’un lecteur embarqué, nous avons réalisé des mesuresen température sans fils simultanées de trois capteurs, apportant une solution au problème decollision. La résolution en température atteinte est de 0.1 _C pour une distance de mesure de 20 cm.Nous montrons que la communication ULB est aussi une solution pour l’interrogation sans fils enmilieux réflectifs aux ondes radio fréquences. `A l’aide d’un synthétiseur de fonction arbitraire et d’unoscilloscope, nous montrons expérimentalement que le retournement temporel fonctionne sur lesdispositifs SAW LFM et qu’il bénéficie du gain de traitement ce qui améliore le rapport signal surbruitApplying Ultra Wide Band (UWB) spectral coding to surface acoustic wave (SAW) devices, usedas passive sensors interrogated through a radio frequency link, increases the number of stored andexchanged data and improves the measurement resolution. The proposed approach is to design SAWUWB devices in the frequency band of 2 GHz − 2.5 GHz complying with the American radio frequencycommunication standards after prototyping them in the lower 200 MHz − 400 MHz frequency band.The authorized emitted power is −41.3 dBm/MHz: for a SAW device exhibiting insertion losses ofabout 30 dB, the interrogation distance determined by the RADAR equation adapted to SAW devicesis theoretically limited to 1 m. In order to improve the reading distance, we investigated severalarchitectures as standard SAW devices and as linear frequency modulated (LFM) devices, in order toreduce insertion losses. Using an embedded SAW reader, we simultaneously measured temperatureon three sensors, showing a solution to the problem of collision. The temperature resolution reachedwas 0.1 C for a reading distance of 20 cm. We show that the UWB communication is also a solutionfor communications in radio frequency wave reflective environment. Using a arbitrary waveformgenerator and an oscilloscope, we also show experimentally, that time reversal works on LFM SAWdevices, with the response signal to noise ratio improved by the processing gain
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Mengue, M'Owono Prince Warel. "Capteurs à ondes élastiques de déformation, température et champ magnétique directement intégrés sur pièces métalliques : applications en surveillance de santé des structures." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2022. http://www.theses.fr/2022LORR0085.
Full textAbstract:
Les recherches menées sur le maintien de l'intégrité de structure, encore appelé surveillance de l'état des structures (SHM) permet la mise en œuvre d'une stratégie d'identification des dommages pour les infrastructures d'ingénierie aérospatiale, civile et mécanique. Ces systèmes se constituent généralement d'un réseau de capteurs intelligents qui permettent l'acquisition des données de l'intégralité de la structure. De plus, l'utilisation accrut des objets connectés (IoT) rend ces systèmes plus attractifs dans le marché. Ainsi, il devient important de concevoir des capteurs sensibles à l'environnement extérieur disposant des caractéristiques innovantes et permettant de procéder à la surveillance en continu de la structure. Les dispositifs à onde acoustique de surface disposent d'une large gamme de caractéristique innovante, leur sensibilité aux perturbations extérieures permet de réaliser des mesures des différentes mesurandes (température, pression, déformation, etc.) en continu. En plus, ces dispositifs peuvent être passifs (sans batterie) interrogeable à distance (sans fil) et auto protégés (sans packaging). La réalisation des capteurs SAW conventionnels se fait généralement sur des matériaux piézoélectriques, ce qui entraîne l'utilisation de la colle pour la fixation du capteur sur la pièce sous test. La colle entraîne la mise en place d'un certain nombre de techniques complexes à réaliser, en plus d'une calibration de la structure fixée avant tout types de mesures. L'utilisation de celle-ci a pour effet, dans un premier temps, de générer des erreurs de mesure dues à la relaxation de la colle dans des environnements hostile et variable. Dans un second temps, un retard de mesure des contraints de déformation due qui varie en fonction de l'épaisseur et de l'environnement des mesures. Dans un troisième temps, souvent très rare à observer le décollage du capteur. L'objectif des travaux de cette thèse est donc de développer des capteurs combinant, les dispositifs SAW au système de surveillance de santé de structure pour la mesure de déformation, de température et de champ magnétique intégrés directement sur des pièces métalliques industriellesStructural integrity research, also called structural health monitoring (SHM), enables the implementation of a damage detection strategy for aerospace, civil, and mechanical infrastructures. These systems typically consist of a network of smart sensors that enable the collection of data across the entire structure. In addition, the increasing use of connected objects (IoT) in the market is making these systems more and more attractive. Therefore, it is important to develop sensors that are responsive to the external environment, have innovative features, and enable continuous monitoring of the structure. Surface acoustic wave devices have a wide range of innovative properties. Their sensitivity to external disturbances allows continuous measurement of the various measurands (temperature, pressure, deformation, etc.). Moreover, these devices can be passive (without battery), remotely interrogatable (wireless) and self-protected (without packaging). The implementation of conventional SAW sensors is usually on piezoelectric materials, which involves the use of adhesive to attach the sensor to the part under test. The adhesive leads to the need to perform a certain number of complex techniques, in addition to a calibration of the structure to be fixed before any type of measurement. This first leads to measurement errors caused by the relaxation of the adhesive in inhospitable and variable environments. In a second step, a delay is caused in the measurement of the deformation stresses, which varies according to the thickness and environment of the measurements. In a third step, sensor lift-off is often very rare. Therefore, the aim of this work is to develop sensors that combine SAW devices with the structural health monitoring system for the measurement of deformation, temperature and magnetic field integrated directly on industrial metal parts
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Tamarin, Ollivier. "Étude de capteurs à ondes de Love pour applications en milieu liquide : cas de la détection de bactériophages en temps réel." Bordeaux 1, 2002. http://www.theses.fr/2002BOR12623.
Full textAbstract:
L'objectif de ces travaux est de montrer la faisabilité d'un immunocapteur (biocapteur) dédié utilisant les ondes acoustiques de Love. Pour cela, une structure multicouche complète tenant compte d'un liquide a permis de modéliser la propagation et simuler le capteur, notamment en estimant sa sensibilité à l'effet de masse. Puis un dispositif à ondes de Love a été réalisé et caractérisé expérimentalement en fonction des paramètres mécaniques et électriques d'un liquide test. Les résultats ont permis de valider l'approche théorique générale. Enfin, des expériences de détections biochimiques en milieu liquide ont été réalisées en utilisant les dispositifs à ondes de Love. Pour cela, un modèle immunologique permettant une interaction spécifique du type anticorps (couche sensible)-bactériophage (polluant) a été sélectionné et mis au point. Le suivi en temps réel avec une bonne sensibilité par le capteur des différentes étapes immunologiques a montré tout l'intérêt des capteurs acoustiques à ondes de Love par rapport aux méthodes de mesure classiques de la biochimie analytique.
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Marbouh, Othmane. "Capteurs à ondes acoustiques de surface pour la caractérisation multiphysique des propriétés des tôles ferromagnétiques dans les machines électriques de fortes puissances." Electronic Thesis or Diss., Centrale Lille Institut, 2024. http://www.theses.fr/2024CLIL0019.
Full textAbstract:
Les machines électriques de forte puissance sont soumises à des contraintes mécaniques, thermiques et magnétiques sévères en fonctionnement. Pour assurer leur fiabilité et la continuité de leur opération, il est crucial de disposer d'informations en temps réel sur ces contraintes, souvent à l'échelle locale. Les technologies de capteurs sans fil et sans batterie, combinées à des techniques efficaces d'analyse des données et de traitement des signaux, sont indispensables pour répondre à ce besoin. Les ondes acoustiques de surface permettent de concevoir des capteurs sans fil et totalement passifs, capables de mesurer de nombreuses grandeurs physiques telles que la température, les contraintes mécaniques et le champ magnétique, grâce à une ingénierie avancée du design. Le travail réalisé dans cette thèse a permis de développer des capteurs SAW multi-grandeurs pour la mesure des déformations, de la température et du champ magnétique. Ces capteurs ont d'abord été calibrés sur des bancs d'essais en laboratoire, puis utilisés pour caractériser les propriétés mécaniques, telles que la magnétostriction, et les propriétés magnétiques, telles que les pertes magnétiques, des tôles ferromagnétiques employées dans la conception des machines électriques de forte puissance. La caractérisation des propriétés des tôles ferromagnétiques est cruciale pour plusieurs raisons : concevoir des systèmes électromagnétiques efficaces, minimiser les vibrations et les bruits indésirables, contrôler la dissipation d'énergie, prévenir la fatigue des matériaux, optimiser la conception des composants pour l'efficacité énergétique et développer des composants résistants à la chaleur pour la fiabilité et la durabilité... Le projet de thèse implique l'entreprise JEUMONT Electric (société de haute technologie spécialisée dans les solutions de conversion d'énergie), le groupe AIMAN-FILMS de l’IEMN et l'équipe Outils et Méthodes Numériques du L2EP. Chaque partenaire apporte des compétences spécifiques pour aborder l'instrumentation multi-physique des machines électriques de forte puissanceHigh-power electrical machines are subjected to severe mechanical, thermal, and magnetic stresses during operation. To ensure their reliability and continuous operation, it is crucial to have real-time information on these constraints, often at a local scale. Wireless and battery-free sensor technologies, combined with effective data analysis and signal processing techniques, are essential to meet this need. Surface acoustic waves (SAW) allow the design of wireless and completely passive sensors capable of measuring various physical quantities such as temperature, mechanical stress, and magnetic fields, thanks to advanced design engineering. The work carried out in this thesis has enabled the development of multi-quantity SAW sensors for measuring deformations, temperature, and magnetic fields. These sensors were first calibrated on laboratory test benches and then used to characterize the mechanical properties, such as magnetostriction, and magnetic properties, such as magnetic losses, of ferromagnetic sheets used in the design of high-power electrical machines. Characterizing the properties of ferromagnetic sheets is crucial for several reasons: designing efficient electromagnetic systems, minimizing vibrations and unwanted noise, controlling energy dissipation, preventing material fatigue, optimizing component design for energy efficiency, and developing heat-resistant components for reliability and durability. The thesis project involves JEUMONT Electric (a high-tech company specializing in energy conversion solutions), the AIMAN-FILMS group from IEMN, and the Numerical Tools and Methods team from L2EP. Each partner brings specific expertise to address the multi-physical instrumentation of high-power electrical machines
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Blanc, Laurianne. "Développement et modélisation de plateformes à ondes acoustiques de surface guidées : caractérisation des propriétés mécaniques de films minces mésoporeux." Phd thesis, Université Sciences et Technologies - Bordeaux I, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00668870.
Full textAbstract:
Ces travaux de thèse présentent le développement de capteurs à ondes acoustiques, plus particulièrement de capteurs à ondes de Love, à l'aide de matériaux mésoporeux. La première partie de ces travaux a porté sur la mise au point d'une méthode de caractérisation du module de rigidité d'un film mésoporeux déposé sur un capteur et soumis à un flux d'humidité. Le banc de mesure développé permet d'effectuer simultanément des mesures acoustiques et ellipsométriques. Les variations du module de rigidité d'un film mésoporeux d'oxyde de titane en fonction du taux d'humidité ont ensuite été calculées à l'aide d'une procédure d'ajustement de courbe entre les résultats expérimentaux et un modèle numérique dédié modélisant la propagation des ondes de Love dans la structure multicouche. Nous avons ainsi montré que l'influence de la sorption sur le comportement mécanique d'un film mésoporeux est un facteur important à prendre en compte, notamment lors de la conception de micro-capteurs. Par la suite, des dispositifs recouverts de SiO2 et de TiO2 mésoporeux ont été développés pour différentes applications : la détection de composés organiques volatils, la détection d'espèces biologiques et le suivi d'une réaction de photocatalyse. Enfin, nous avons réalisé des capteurs recouverts d'une unique couche mésoporeuse de TiO2 assurant simultanément les fonctions de guide d'onde et de couche sensible, permettant d'augmenter de manière significative la sensibilité du capteur.
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Beyssen, Denis. "Conception, étude et réalisation de micro-capteurs et micro-actionneurs chimiques et biologiques à base de dispositifs à ondes acoustiques de surface." Nancy 1, 2006. http://www.theses.fr/2006NAN10167.
Full textAbstract:
Ce travail est basé sur l’étude de l’interaction SAW/Liquide. Nous avons ainsi pu estimer la potentialité d’un système microfluidique à goutte à base d’ondes acoustiques de surfaces. Le système microfluidique a été réalisé sur un substrat piézoélectrique de LiNbO3 Y+128° propagation selon X. Nous avons utilisé des techniques classiques de Salle Blanche pour révéler les matrices d’électrodes interdigités. Afin de minimiser la force nécessaire à l’actionnement de la goutte, nous avons optimisé un procédé de dépôt plasma de couches minces fluorocarbonées. Le revêtement présentant le plus faible force de glissement a été réalisé sous (400 mT, 100 W). Ensuite, nous nous sommes intéressés aux phénomènes induits par l’interaction SAW/Liquide. Par une méthode de type PIV, nous avons pu visualiser la trajectoire de l’écoulement au sein de la goutte et déterminer la vitesse d’écoulement en fonction de la viscosité et de la puissance véhiculée par ces ondes élastiques. Puis, nous nous sommes intéressés à l’actionnement de goutte en fonction de différents paramètres tels que le volume et la viscosité. Le dernier chapitre est consacré aux effets thermiques liés à l’atténuation des ondes élastiques de surface à l’interface Solide/Liquide. Ces analyses ont été réalisées avec une caméra IR et révèlent que l’échauffement d’une goutte n’est pas négligeable. Finalement, les dispositifs à ondes acoustiques de surface ont un vrai potentiel en tant qu’ « outil » microfluidique. En effet, en couplant maîtrise de la fonctionnalisation des surfaces et interaction SAW/Goutte, les applications sont nombreuses telles que: atomiseur, micro-nanodistributeur, actionneur, mélangeur, thermocycleurThis work deals with SAW/Liquid interaction. We want to evaluate the potentiality of a microfluidic system based on surface acoustic waves. This system was carried out on a LiNbO3 piezoelectric substrate, cut Y+128° X-propagating. We used clean room traditional techniques to reveal the interdigited transducers (IDTs). In order to minimize the required force to actuate a droplet, we have optimised plasma process to deposit fluorinated carbon films. The coating which presents the lowest sliding force was deposited at (400 mT, 100 W). Then, we have investigated the phenomena induced by the SAW/Liquid interaction. By PIV method, we have visualized the flow trajectory within the droplet and determined the streaming velocity as function of fluid viscosity and electrical power. Next, we have measured the droplet displacement velocity as function of volume and viscosity. Finally, we have shown important heating effects, related to the attenuation of the surface elastic waves at the Solid/Liquid interface. These analyses were carried out with an IR camera and reveal that a 20µl droplet with sufficient viscosity can be heated above 80°C. To conclude, our surface acoustic wave device presents a real potential as “microfluidic tool”. Indeed, numerous applications, such as atomisation system, micro-nanodispenser, actuator, mixer, thermocycler can be achieve by this device
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Talbi, Abdelkrim. "Sensibilité des dispositifs à ondes élastiques de surface réalisés sur des structures monocouches de quartz et structure bicouche de ZnO/Si aux déformations mécaniques : application au capteur de pression." Nancy 1, 2003. http://www.theses.fr/2003NAN10184.
Full textAbstract:
Dans ce mémoire nous avons présenté une étude théorique et expérimentale de dispositifs à ondes élastiques de surface (OES) appliqués à la réalisation de capteurs de pression sur substrat en quartz et de manière plus originale sur structure bicouche ZnO/Si. Dans la partie expérimentale nous avons mis en œuvre un banc de mesure permettant la caractérisation sous pression. Nous avons développé et optimisé les procédés technologiques nécessaire pour la réalisation des dispositifs OES à l'aide des outils de simulation des procédées microélectronique SILVACO. Nous avons aussi optimisé la croissance de couches minces piézoélectriques de ZnO par le procédés de pulvérisation magnétron. Concernant la modélisation nous avons développé un ensemble de codes dans l'environnement MATLAB pour modéliser la propagation des OES en régime linéaire et non linéaire. Nous avons validé ce travail de modélisation dans le cas du quartz et nous l'avons extrapolé ensuite à l'étude de la structure ZnO/SiThe aim of this thesis is the devellopment of a pressure sensor using surface acoustic wave device. A theoretical and exprimental study of the sensor perfomed on quartz substrate and ZnO/Si structure are presented. Concerning the experimental study we have developped an experimental set-up wich permit testing under pressure. We have developed and optimized the SAW process manufacturing using SILVACO (soft for process simulation). We have also optimized the ZnO piezoelectric film deposition by using a DC planar magnetron sputtering system. Concerning the theoretical study we have developed a set of computer code in MATLAB environnement. For linear surface acoustic wave propagation a Jones and campbel method is used. For nonlinear surface acoustic wave propagation a Tierstein perturbation procedure was used. Both devices performed on quartz and ZnO/Si structure were investigated
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Kirsch, Philippe Alnot Patrick Assouar Mohamed Badreddine. "Etude et réalisation par lithographie électronique de dispositifs à ondes acoustiques de surface à structure multicouche des filtres pour la bande X aux capteurs de liquide /." S. l. : S. n, 2007. http://www.scd.uhp-nancy.fr/docnum/SCD_T_2007_0125_KIRSCH.pdf.
Full text
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Achour, Bilel. "Capteurs à ondes acoustiques de surface fonctionnant à 104 et 208 MHz. : modélisation, développement et application à la détection d’ions lourds métalliques." Thesis, Le Mans, 2020. http://www.theses.fr/2020LEMA1017.
Full textAbstract:
Les capteurs à ondes acoustiques de surfaces (SAW : Surface Acoustic Waves) présentent de nombreux avantages, dont une grande sensibilité, un paramètre clé dans diverses applications. Dans cette thèse, deux voies sont explorées pour améliorer la sensibilité des dispositifs SAWs : le passage en mode de Love, avec une couche guide d’onde en résine époxyde SU-8, et la montée en fréquence de 104 à 208 MHz. Avant de réaliser de tels dispositifs en salle blanche puis de les utiliser en tant que capteurs chimiques, des simulations numériques ont été entreprises, en utilisant tout d’abord le logiciel MATLAB, puis par la méthode des éléments finis, via le logiciel COMSOL Multiphysics. L’épaisseur optimale de la couche guide d’onde, permettant un gain important en sensibilité, a été estimée. Un écart entre l’expérience et la simulation a été trouvé soulignant la nécessité de poursuivre les phases d’optimisation dans cette voie. Une confrontation calculs/expériences a été menée avec succès pour les structures SH-SAW. Ces dispositifs ont été fonctionnalisés avec un dérivé d’anthracène pour détecter les ions zinc en milieu aqueux. Les résultats gravimétriques ont montré un gain en sensibilité d’un facteur 2.3, en augmentant la fréquence de travail de 104 MHz à 208 MHzSurface Acoustic Wave (SAW) sensors have many advantages mainly a high sensitivity, which is a key parameter in various applications. Two strategies were explored, in this thesis, to enhance the sensitivity of SAW devices: switching to Love mode, with a waveguide layer in SU-8 epoxy resin, and frequency increase from 104 to 208 MHz. Prior to the realization of such devices in a clean room and their further use as chemical sensors, numerical simulations were done, first with MATLAB software, and then with the finite element method, via COMSOL Multiphysics software. The optimum thickness of the waveguide layer, allowing a significant gain in sensitivity, was estimated. A disagreement between experience and simulation was found highlighting the need to continue optimization steps. A confrontation between calculations / experiments was carried out for the SH-SAW structures. These devices were functionalized with an anthracene derivate for zinc ions detection in aqueous media. Gravimetric results indicate that increasing the operating frequency from 104 MHz to 208 MHz permits a gain in sensitivity by a factor of 2.3
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Mishra, Harshad. "Magnetic field sensor based on micro-structured magnetoelastic surface acoustic waves devices." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2019. http://www.theses.fr/2019LORR0147.
Full textAbstract:
Au cours des dernières décennies, on a assisté à une croissance considérable dans le domaine des technologies des capteurs magnétiques. Le domaine est passé de simples dispositifs micro-usinés à base de silicium à des microsystèmes intégrés plus complexes combinant des transducteurs de haute performance ainsi que des interfaces sans fil. Cependant, presque tous ces appareils fonctionnent avec un mécanisme complexe tout en étant alimentés simultanément de l'extérieur et coûteux. Il y a donc un besoin profond de développer un capteur magnétique qui surmonte ces défis. Ces travaux de recherche ont porté sur le développement de capteurs à ondes élastiques de surface (SAW) pour la détection des champs magnétiques. La configuration résonateur a été considérée dans cette étude afin de permettre une interrogation sans fil. La première partie de notre travail est consacrée à l’étude de la physique et à l'interaction entre les ondes élastiques et les couches magnétostrictives lorsqu'elles sont soumises à un champ magnétique. Nous avons donc étudié des résonateurs SAW en utilisant le niobate de lithium comme substrat et un empilement multicouches [TbCo2/FeCo] comme électrode et matériau sensible. Nous avons étudié et montré le rôle de l'effet de forme dans le magnétisme résultant de la géométrie de l'électrode. Un banc de mesure expérimental a été mis au point pour démontrer l’utilisation d’un capteur magnétique SAW pour la mesure du courant électrique le long d’une lignes hautes tension. Par la suite, nous avons développé un capteur auto-compensé en température rendant sa fréquence de résonance uniquement sensible à l’intensité du champ magnétique. Ce capteur à structure multicouche utilise la coupe ST du quartz comme substrat avec comme direction de propagation des ondes X+90°C. Cette direction de la coupe ST présente un coefficient de température positif (TCF) qui a été compensé par le les couches de ZnO et du CoFeB qui présentent un TCF négatif. Enfin, en combinant nos connaissances sur les effets de forme magnétiques et sur le comportement des structure SAW multicouche pour développer un dispositif qui non seulement annule les effets de la température sur la fréquence de résonance mais également sur l'anisotropie magnétique. De plus, cette structure présente également la possibilité de réaliser un dispositif multisensoriel puisque dans le même dispositif, plusieurs modes sont générés. En plus du mode compensé en température qui permet de mesurer l’intensité du champ magnétique, un autre peu sensible au champ magnétique, permettra de mesurer la température de l’environnement de fonctionnementThe last few decades have seen tremendous growth in the area of magnetic sensor technologies. The field has grown from simple micro-machined silicon based devices to more complex integrated microsystems combining high performance transducers as well as wireless interfaces. However, almost all of these devices operate with a complex mechanism while simultaneously being externally powered as well as expensive. Thus, there arises a deep need to develop a magnetic sensor that overcomes the challenges. This research work focused on the development of surface acoustic wave (SAW) sensors for the detection of magnetic field. Owing to the possibility of wireless interrogation, SAW devices of the resonator configuration have been considered in this study. The first part of our work aims to address the physics and interaction between the acoustic waves and magnetostrictive layers when subjected to a magnetic field. We investigated SAW resonators using LiNbO3 as the substrate and multi-layered [TbCo2/FeCo] as the electrode and sensitive material. We studied and showed the role of the shape effect in magnetism arising from the electrode geometry. A model experimental set-up was developed to demonstrate an application of the fabricated device as a sensor for detection of current along a cable. Subsequently, we developed a device that is self-compensated for the effects of temperature on the resonance frequency. The multi-layered sensor was based on ST-cut Quartz as the substrate whose positive temperature coefficient of frequency (TCF) was compensated for by the negative TCF of ZnO and CoFeB. Finally, we combine our understandings of the shape effects in magnetism and the multi-layered TCF compensated SAW structure to develop a device that is not only compensated for the effects of temperature on the resonance frequency but also on the magnetic anisotropy. In addition, this structure also presents the possibility of a proof-of-concept multi-sensory device because along with the temperature compensated resonance peak, there exist other resonances which are highly sensitive to any change in the temperature while at the same time immune to magnetic field
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Kirsch, Philippe. "Etude et réalisation par lithographie électronique de dispositifs à ondes acoustiques de surface à structure multicouche : des filtres pour la bande X aux capteurs de liquide." Thesis, Nancy 1, 2007. http://www.theses.fr/2007NAN10125/document.
Full textAbstract:
Après beaucoup de travail, de nombreuses heures de réflexion, d'idées à améliorer et, des fois, à rejeter, une quantité innombrable d'échantillons et d'heures passés sur les différentes installations, nous voilà au point de présenter les résultats de tous ces efforts. Tout au début, nous avions décidé de se lancer dans la recherche et le développement de dispositifs à ondes acoustiques de surface pouvant servir en tant que filtres électriques passe-bande pour les nouvelles technologies de télécommunication et en tant que capteurs de liquide. Nous avons commencé à faire l'inventaire des tous les domaines que nous allions aborder lors de nos travaux de recherche, en nous en avons présenté ce qui nous semblait important. Même si la science est le pilier principal de cette thèse, nous nous sommes assurés que nos efforts ne seraient pas vains dès le départ en analysant les besoins industriels, et donc indirectement les retombées économiques possibles, en dispositifs à ondes acoustiques de surface. Nous nous sommes donc dotés de tous les outils nécessaires pour pouvoir avancer : Nous avons étudié l'évolution des dispositifs à ondes acoustiques de surface afin de reconnaître, avec un peu de chance, des tendances et de nouvelles ouvertures. Nous avons élucidé la partie théorique correspondante, au niveau de la piézoélectricité et des ondes acoustiques de surface. Nous avons fait le tour des matériaux piézoélectriques utilisées pour se faire une idée des leurs propriétés pour pouvoir faire, le moment venu, une sélection judicieuse selon les besoins de l'application. En partant de la théorie générale des ondes acoustiques de surface, nous avons étudié les différents types d'ondes existants dans la même optique : Disposer d'une multitude intéressante de choix possibles pour trouver la bonne solution à la fin. [...]After a lot of hard work, countless hours of brainstorming, ideas to still improve or simply to drop, an amazing number of processed samples and a remarkable amount of time spent on all of those different machines have finally brought us to the point where we are able to present our results. Right at the beginning of this work, we had decided to get into the development of surface acoustic wave devices that could possibly serve as well as electric band pass filters as as liquid sensors. We have started out by making an inventory in all domains that we would possibly be confronted with and we proposed a selection of the most valuable information that could be found. Even if science is at the heart of this thesis, we wanted to be sure that our efforts would not be opposed to real world economic and industrial needs. We have thus arranged all necessary tools to our side: From historical evolution of surface acoustic wave devices through acoustic wave theory in solids, from general piezo-electricity to surface acoustic waves. We went through commonly used piezoelectric materials in order to get an idea of their properties and differences to be able to make the right decision at the right time, similarly to the study of the different types of acoustic surface waves with always the same goal in mind: Rely on the vastest number of possibilities in order to make the right decision when required. [...]
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Nikolaou, Ioannis. "Étude des propriétés de reconnaissance chimique du graphène par ondes acoustiques de surface : Application à la détection de composés chimiques à l’état gazeux." Thesis, Bordeaux, 2019. http://www.theses.fr/2019BORD0379.
Full textAbstract:
The aim of this work is to introduce first the overall interest of Surface Acoustic Wave (SAW) devices based on carbon allotropes, such as CNTs and graphene, especially used for environmental or bio-sensing applications i.e. Volatile Organic Compounds (VOCs) as biomarkers in breath. Further, this work is illustrated with a versatile acoustic wave transducer, functionalized with Graphene Oxide (GO), synthesized for ethanol, toluene, ammonia, carbon dioxide, nitrogen dioxide and humidity detections. The devices were designed, simulated, fabricated and characterized according to the target selection and the aspects of the SAW devices. For example, particular ratios between the length and volume of the deposited graphene on SAW devices were selected in order to detect sub-ppm concentration levels of NH3 and NO2, respectively. Further, the novel properties of the graphene-based acoustic wave devices were studied and modified according to their optimal detection levels and validated over any further electrical and vapor characterization measurements.Moreover, the devices were characterized by a Vector Network Analyzer (VNA), Raman spectroscopy, Scanning Electron Microscopy (SEM) and Atomic Force Microscopy (AFM), performed after each step of the fabrication, attesting that our method has a significant impact to the quality performance of the graphene-based surface acoustic wave devices. We have subsequently employed particular analytical modeling to investigate the electro-mechanical properties of the GO, as well as to extract the elastoviscosity parameters of several GO layers and their impact on the acoustic devices, theoretically and experimentally. While that, we observed a strong correlation of the results with the number of coatings of the GO solution on the supported SiO2, since the properties of the GO fabricated materials were highly dependent on the specifically designated thicknesses, themselves intrinsically influenced by the material viscosity and Young’s modulus. It has been previously reported in the literature that Young’s modulus generally decreases with increasing of the GO thickness. Instead, we conclude that the number of the GO layer samples display a compressive internal strain, which does not fully relax after the fabrication process. We attribute this behavior to the uncontrollable large number of the graphene-based oxide sites during the fabrication process, as it has been observed later on the Raman spectra, respectively.Finally, we have studied the gas sensing characteristics of our devices at room temperature as well as at higher temperatures up to 60 °C. The main reason that the temperature was kept at low levels was to test our devices in a very competitive way based on the current industrial demands, minimizing energy consumption, and/or to overcome some of the latest literature detection levels. The measurements confirmed that some of the detections were efficient based on the graphene devices, and as a result, it is possible to open a new discussion regarding the geometry and the morphology of the very specific GO materials. Some of the device measurements were attributed to a better understanding of the detection mechanisms such as physical or chemical adsorption and further in many cases by distinguishing the adsorption and absorption phenomena. At very low concentration levels of the VOCs, we have observed signatures of few Hz variations for a 100 MHz resonant frequency, but high enough, which implies that further investigation is needed to identify selectivity or specificity levels of certain target analytes. Based on the different geometry and thickness levels, the dominant mechanisms may vary in our samples. At higher concentration levels, the sensitivity showed frequency/temperature-robust results according to the very stable oscillation levels which could be identified as the baseline or initial detection levels of each target analyte, subsequentlyThe aim of this work is to introduce first the overall interest of Surface Acoustic Wave (SAW) devices based on carbon allotropes, such as CNTs and graphene, especially used for environmental or bio-sensing applications i.e. Volatile Organic Compounds (VOCs) as biomarkers in breath. Further, this work is illustrated with a versatile acoustic wave transducer, functionalized with Graphene Oxide (GO), synthesized for ethanol, toluene, ammonia, carbon dioxide, nitrogen dioxide and humidity detections. The devices were designed, simulated, fabricated and characterized according to the target selection and the aspects of the SAW devices. For example, particular ratios between the length and volume of the deposited graphene on SAW devices were selected in order to detect sub-ppm concentration levels of NH3 and NO2, respectively. Further, the novel properties of the graphene-based acoustic wave devices were studied and modified according to their optimal detection levels and validated over any further electrical and vapor characterization measurements.Moreover, the devices were characterized by a Vector Network Analyzer (VNA), Raman spectroscopy, Scanning Electron Microscopy (SEM) and Atomic Force Microscopy (AFM), performed after each step of the fabrication, attesting that our method has a significant impact to the quality performance of the graphene-based surface acoustic wave devices. We have subsequently employed particular analytical modeling to investigate the electro-mechanical properties of the GO, as well as to extract the elastoviscosity parameters of several GO layers and their impact on the acoustic devices, theoretically and experimentally. While that, we observed a strong correlation of the results with the number of coatings of the GO solution on the supported SiO2, since the properties of the GO fabricated materials were highly dependent on the specifically designated thicknesses, themselves intrinsically influenced by the material viscosity and Young’s modulus. It has been previously reported in the literature that Young’s modulus generally decreases with increasing of the GO thickness. Instead, we conclude that the number of the GO layer samples display a compressive internal strain, which does not fully relax after the fabrication process. We attribute this behavior to the uncontrollable large number of the graphene-based oxide sites during the fabrication process, as it has been observed later on the Raman spectra, respectively.Finally, we have studied the gas sensing characteristics of our devices at room temperature as well as at higher temperatures up to 60 °C. The main reason that the temperature was kept at low levels was to test our devices in a very competitive way based on the current industrial demands, minimizing energy consumption, and/or to overcome some of the latest literature detection levels. The measurements confirmed that some of the detections were efficient based on the graphene devices, and as a result, it is possible to open a new discussion regarding the geometry and the morphology of the very specific GO materials. Some of the device measurements were attributed to a better understanding of the detection mechanisms such as physical or chemical adsorption and further in many cases by distinguishing the adsorption and absorption phenomena. At very low concentration levels of the VOCs, we have observed signatures of few Hz variations for a 100 MHz resonant frequency, but high enough, which implies that further investigation is needed to identify selectivity or specificity levels of certain target analytes. Based on the different geometry and thickness levels, the dominant mechanisms may vary in our samples. At higher concentration levels, the sensitivity showed frequency/temperature-robust results according to the very stable oscillation levels which could be identified as the baseline or initial detection levels of each target analyte, subsequently
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Wong, Guillaume. "Développement de capteurs à ondes élastiques de surface auto-encapsulés aux fréquences intermédiaires pour environnement haute température." Thesis, Bourgogne Franche-Comté, 2018. http://www.theses.fr/2018UBFCD040.
Full textAbstract:
La thèse contribue aux recherches scientifiques et technologiques poursuivies dans le contexte opérationnel des projets collaboratifs ALCASAR et LANCASTER réalisés en partenariat avec les entreprises Rakon, Frec'n'sys, Siltronix, SENSeOR et l'Université Claude Bernard (Lyon 1). L’enjeu d'ALCASAR consiste à réaliser des composants à ondes élastiques de surface (SAW) à base d'AlN épitaxié sur saphir pour deux types d'applications : d'une part des résonateurs à produit Q.f maximal pour des sources de fréquence à bruit de phase minimum, d'autre part des capteurs passifs interrogés à distance pour mesures physiques à très haute température (supérieure à 650°C). Les plages de fréquences de ces composants sont situées au voisinage de 1GHz et 4.6GHz. L’enjeu de LANCASTER est sensiblement similaire, les différences étant le matériau utilisé pour le substrat (Langatate) et les plages de fréquences (500MHz et 1GHz). Dans les applications visées, une encapsulation collective (WLP : Wafer Level Packaging) est envisagée et, dans le cas spécifique du capteur à haute température, cette encapsulation comportera les antennes nécessaires à l'interrogation à distance par communication RF. L'objectif essentiel de la recherche consiste en l'optimisation de la réponse des composants à ondes élastiques par rapport aux contraintes différentielles induites par l'encapsulation lorsque les conditions environnementales, et notamment la température, varientThis thesis contributes to scientific and technological research in the context of the ALCASAR and LANCASTER collaborative projects carried out in partnership with the companies Rakon, Frecnsys, Siltronix, SENSeOR and Claude Bernard University (Lyon 1). The challenge of ALCASAR is to produce surface elastic wavelength components (SAW) based on epitaxial AlN on sapphire for two types of applications. The first part will be to maximize the Qf product of resonators for frequency sources with noise of on the other hand, passive sensors interrogated at a distance for physical measurements at very high temperatures (above 650 ° C.). The frequency ranges of these components are located between 1 GHz and 4.6 GHz. LANCASTER 's stake is fundamentally similar, the differences being the material used for the substrate (Langatate) and the frequency ranges (500 MHz and 1 GHz). In the intended applications, WLP: Wafer Level packaging is provided and, in the specific case of the high temperature sensor. The main objective of the research is to optimize the response to the elastic wave components with respect to the differential stresses induced by the encapsulation when the environmental conditions, and in particular the temperature, vary
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Floer, Cécile. "Capteurs à ondes élastiques confinées, sans fil et étirables : application à l'électronique imperceptible sur peau." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2019. http://www.theses.fr/2019LORR0188.
Full textAbstract:
Avec le développement des objets connectés et de l’IoT (Internet of Things), le suivi en continu des paramètres corporels et la miniaturisation extrême des équipements de mesures deviennent de réels enjeux de société. Parallèlement, les dispositifs à ondes élastiques de surface (dispositifs SAW), largement utilisés dans les télécommunications pour leur propriété de filtrage, connaissent aujourd’hui un essor pour leur fonction de capteur. C’est précisément dans ce contexte, à l’interface entre l’électronique sur peau et la micro-acoustique que se situe ce sujet de thèse. L’objectif est de développer un capteur de température sans fil qui associe un dispositif basé sur la technologie des ondes élastiques à des antennes étirables. L’utilisation d’une structure à ondes confinées (WLAW) et un choix de matériaux appropriés permettent ensuite de supprimer le besoin d’encapsulation du dispositif. Au format ultrafin et ultrasouple, l’ensemble peut être « tatoué » harmonieusement sur la peau. Une grande partie du travail est consacrée à l’élaboration de dispositifs autoprotégés et à leur optimisation par le biais de différentes stratégies (développement de matériaux en couches minces, designs). L’interrogation à distance est démontrée en utilisant des antennes étirables réalisées par transfer printingWith the development of Internet of Things (IoT), the continuous monitoring of the human body parameters and the extreme miniaturization of devices are becoming major societal challenges. At the same time, surface acoustic wave devices (SAW devices) who are widely used in telecommunications for filtering are booming for their sensor function. It is precisely in this context, between the field of epidermal electronics and micro-acoustics that lies this thesis project. The goal is to develop a wireless temperature sensor that combines a device based on the acoustic wave technology with stretchable antennas. The use of a confined wave structure (WLAW) and a choice of suitable materials remove the need for encapsulation in the device. In the ultrathin and ultra-soft flexible format, the device can be harmoniously “tattooed” on the skin. A significant part of the work is focused on the development of the packageless devices and their optimization through different strategies (development of thin-film materials, designs). The remote interrogation is demonstrated using stretchable antennas made by transfer printing
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Elhosni, Meriem. "Capteurs à ondes élastiques de surface (SAW) pour champs magnétiques à base de structures multicouches piézo-magnétiques." Thesis, Université de Lorraine, 2015. http://www.theses.fr/2015LORR0321.
Full textAbstract:
L’objectif des travaux de cette thèse est la réalisation de capteurs magnétiques à ondes élastiques de surface (SAW). Nos études réalisées dans ce cadre se sont focalisées sur la modélisation et la réalisation de dispositifs magnéto-élastique SAW à base de structures multicouches sensibles au champ magnétique. Une géométrie multicouche offrant plusieurs degrés de libertés permettant d’agir sur les performances du capteur a été considérée. La configuration de cette structure est : Substrat piézoélectrique/électrodes interdigitées/Couche isolante/Couche sensible magnéto-élastique. Les différents paramètres de la structure, notamment les épaisseurs des différentes couches et leurs natures ont été optimisées théoriquement au regard du facteur de qualité, du facteur de couplage électromécanique et de la sensibilité au champ magnétique. Des dispositifs utilisant les configurations optimales ont été réalisés et caractérisés et leurs performances comparées au prédiction théoriques. Nous avons montré que le capteur peut être conçu pour répondre aux besoins de l’application en ce qui concerne la gamme de l’intensité du champ à mesurer et de la sensibilité visée. Ainsi le CoFeB utilisé comme couche sensible magnéto-élastique permet une meilleure sensibilité mais sur une étendue étroite du champ magnétique alors que le nickel permet d’étendre la gamme de mesure mais avec moins de sensibilité. Nous avons également montré que l’utilisation comme couche isolante de matériau dur comme l’alumine permet une meilleure sensibilité. Cette sensibilité est également fortement augmentée pour un fonctionnement à hautes fréquencesThe aim of this Ph.D. Thesis is to study piezo-magnetic surface acoustic wave (SAW) sensor. Accurate and fully coupled physical model was numerically implemented in order to investigate the sensitivity of SAW devices using the magneto-elastic interaction with an external magnetic field. The different parameters of the structure, including the thicknesses of the various layers and their natures were theoretically optimized with regard to the quality factor, the electromechanical coupling factor and the sensitivity to the magnetic field. Devices using the optimal settings have been made and characterized, and their performance compared to the theoretical prediction. We have shown that the sensor can be designed to meet the needs of the application as regards the range of the field strength to be measured and the target sensitivity. Thus the CoFeB used as magneto-elastic sensitive layer provides better sensitivity but on a narrow stretch of the magnetic field while the nickel expands the measurement range but with less sensitivity. We have also shown that the use of hard material as insulating layer, such as alumina, allows better sensitivity. This sensitivity is also greatly increased when the sensor is operating at high frequencies
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Jendrzejczak, Christophe. "Développement de techniques de séparation et d’identification de capteurs passifs SAW." Thesis, Université Côte d'Azur, 2021. http://www.theses.fr/2021COAZ4119.
Full textAbstract:
De par leur nature purement passive, les capteurs utilisant la technologie SAW (Surface Acoustic Wave) présentent un fort intérêt dans le cas d’environnements sévères (forts champs électromagnétiques, haute température, …). Ces capteurs sont majoritairement basés sur la mise en parallèle de résonateurs dont la fréquence va varier en fonction de la température, chaque capteur occupant une bande de fréquence définie (sous-bande) et différente (multiplexage fréquentiel). Une des limitations actuelles est la largeur limitée des bandes ISM en Europe qui ne permet de ne gérer qu’un faible nombre de sous bandes et limite par conséquent le nombre de capteurs. Deux méthodes ont été étudiées afin de résoudre les problèmes d’identification et de séparation des mesures issues des capteurs SAW.La première méthode dite méthode du nul de rayonnement directement applicable dans le cas de deux capteurs, est basée sur l’utilisation d’un lecteur à 434 MHz qui possède deux sorties antennes déphasées et consiste à ajuster la puissance et la phase des deux signaux émis par chacune des antennes de façon à créer un nul de rayonnement localisé à l’emplacement d’un des deux capteurs. Cette méthode a fait l’objet d’une phase de simulation puis d’une validation expérimentale probante. La seconde méthode est basée sur la mesure de la superposition des réponses temporelles des résonateurs SAW (oscillations amorties caractérisées chacune par quatre paramètres : amplitude A, phase ϕ, fréquence de résonance f et amortissement σ) en deux points de l’espace et le traitement ultérieur de ces mesures à l’aide des techniques hautes résolutions introduites par Prony au début du 19ème siècle. Cette méthode présente l’avantage potentiel de pouvoir fonctionner dans le cas de N capteurs (N supérieur ou égal à 1) avec l’utilisation de deux antennes uniquement connectées au lecteur. Cette méthode permet via un échantillonnage adéquat du signal temporel de construire un système d’équations dont la résolution conduit à la détermination des quatre paramètres A, ϕ, f et σ pour chacun des résonateurs, l’information de fréquence étant le paramètre recherché, afin de pouvoir en déduire l’information de température dans le cas d’un capteur de température par exemple. Le système étant fixe, la différence de phase des ondes réémises par les résonateurs permet d’identifier les capteursDue to their purely passive nature, sensors using Surface Acoustic Wave (SAW) technology are of great interest in severe environments (strong electromagnetic fields, high temperature ...). These sensors are mainly based on the paralleling of resonators whose frequency will vary depending on the temperature, each sensor occupying a defined frequency band (sub-band and frequency multiplexing). One of the current limitations is the bandwidth of the ISM bands in Europe, which allows only a small number of sub-bands and therefore sensors to be managed. Two methods have been studied to solve the problems of identification and separation of measurements from SAW sensors.The first one, known as the radiation null method directly applicable in the case of two sensors, is based on the use of a 434 MHz reader which has two out-of-phase antenna outputs and consists in adjusting the power and the phase of the two emitted signals. Each of the antennas create a null radiation toward one of the two sensors. This method has been first validated in simulations and then experimentally.The second method is based on the measurement of the superposition of the temporal responses of the SAW resonators (damped oscillations each characterized by four parameters: amplitude A, phase φ, resonance frequency f and damping σ) at two spatial points and the post-processing of these measurements using the high-resolution techniques introduced by Prony in the early 19th century. This method is advantageous because it enables to operate in the case of N sensors (N greater than or equal to 1) with the use of two antennas only connected to the reader. This method makes it possible, through an adequate sampling of the temporal signal, to construct a system of equations whose resolution leads to the determination of the four parameters A, φ, f and σ for every resonator, the frequency information is the desired parameter. For example, we can extract the temperature in the case of a thermal sensor. The system is fixed; the phase difference of the waves re-emitted by the resonators makes it possible to identify the sensors
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Kardous, Faten. "Etude des interactions vibro-acoustiques avec les gouttes Application à un micromélangeur pour le greffage moléculaire." Phd thesis, Université de Franche-Comté, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01062544.
Full textAbstract:
Pour fixer en parallèle des milliers de biomolécules (ADN, ARN, protéines, etc.) à la surface des puces à ADN ou àprotéines, il faudrait choisir parmi une multitude de méthodes, selon la biomolécule à fixer et la nature du support, elle-mêmeconditionnée par la méthode de détection utilisée. Jusque-là, l'immobilisation de biomolécules sur une puce en utilisantla microfluidique continue présentait l'avantage d'un greffage en mode dynamique. Dans ce mode, les biomolécules sontcontinuellement transportées, via des microcanaux, à proximité de la puce. La volonté continue d'augmenter le nombredes zones immobilisées nécessite l'emploi de la microfluidique discrète pour cette fonction biologique. En effet, en modespotting (simple dépôt de gouttes contenant les biomolécules) le nombre de zones immobilisées est uniquement limité parle volume de liquide minimum pouvant être déposé. Cependant, en choisissant cette méthode fluidique, il fallait, jusque là,renoncer à une réaction en mode dynamique : le greffage s'effectue ainsi en mode passif. Ces travaux de thèse présententune méthode pour créer une dynamique à l'intérieure des gouttes porteuses des biomolécules durant l'opération de greffagemoléculaire. Nous avons choisi d'utiliser un générateur de vibration de basse fréquence permettant d'induire simultanémentdes écoulements dans plusieurs gouttes. De la conception, la réalisation et la caractérisation des générateurs de vibration àla caractérisation et la modélisation de l'écoulement induit par ce dispositif dans le liquide, ou encore à la caractérisation del'opération biologique visée, nous démontrons l'efficacité des vibrations basses fréquences dans ce domaine.
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Fall, Dame. "Développement d'une technique à double Chirp spatio-temporel basée sur des capteurs SAW-IDT : application à la caractérisation de couches minces et de revêtements fonctionnels." Thesis, Valenciennes, 2016. http://www.theses.fr/2016VALE0011/document.
Full textAbstract:
Ce travail rentre dans le cadre de la caractérisation des couches minces, de revêtements et de surfaces fonctionnelles (épaisseur, constantes élastiques,…). Parmi les méthodes de caractérisation potentielles, les méthodes ultrasonores employant des ondes de surface sont particulièrement intéressantes. Pour ce faire, nous avons choisi d’exploiter la dispersion des ondes de surface de type Rayleigh. En effet, les ondes acoustiques de surface (SAW) de type Rayleigh se propagent à la surface d’un matériau et l’énergie véhiculée par ces ondes est confinée sous la surface dans une couche d’épaisseur de l’ordre d’une longueur d’onde. Afin de caractériser ces revêtements, il est nécessaire de travailler sur une large gamme de fréquences. D’autre part, ces couches peuvent être fragiles et transparentes, c’est pourquoi, des transducteurs interdigités (IDT) sont envisagés. Pour optimiser ce type de capteurs, et en particulier leur bande passante, il est nécessaire d’étudier différentes configurations sachant qu’il est notamment possible de faire varier le nombre d’électrodes, les dimensions des électrodes, leurs formes et leurs espacements. Enfin, pour exciter ces ondes de surface dans une large gamme de fréquence avec des niveaux de déplacement suffisants pour la caractérisation des couches minces et revêtements, la technique à double Chirp spatio-temporel basée sur des transducteurs SAW-IDT a été privilégiée. Nous avons montré les potentialités de cette approche en caractérisant premièrement des structures à couche mince métalliques d’épaisseurs de 100 nm et plus, et deuxièmement des revêtements transparents de type sol-gelThis work is within the scope of characterization of thin layers, coatings and functional surfaces (thickness, elastic constants,…). Among the characterization methods, the ultrasonic methods using surface acoustic waves are particularly interesting. In order to do this, we chose to make use the dispersion phenomenon of Rayleigh-like surface acoustic waves. Indeed, the propagation of these waves is close to the surface of material and the energy is concentrated within a layer under the surface of about one wavelength thick. In order to characterize these coatings and structures, it is necessary to perform measurements in high frequencies. On the other hand, these coatings can be fragile and transparent, this is why in this study, SAW-IDT sensors are achieved for surface acoustic wave generation. For optimization of these SAW-IDT sensors, particularly their band-width, it is necessary to study various IDT configurations by varying the number of electrodes, dimensions of the electrodes, their shapes and spacings. Finally, to generate the surface acoustic waves over a wide frequency range with sufficient displacement amplitude for the characterization of thin films and coatings, a time-space chirp technique with SAW-IDT sensors was selected. We have shown the potential of this approach by characterizing firstly thin metallic layers, and secondly transparent coatings obtained by the sol-gel process
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Takpara, Rafatou. "Développement de capteurs piézoélectriques interdigités flexibles pour la caractérisation ultrasonore des revêtements." Thesis, Valenciennes, 2015. http://www.theses.fr/2015VALE0041/document.
Full textAbstract:
Ce travail porte sur la réalisation de capteurs interdigités (IDT pour InterDigital Transducer) sur des supports piézoélectriques. L’enjeu est double puisqu’il s’agit premièrement de disposer de capteurs efficaces pour générer des ondes de surface acoustiques (SAW pour Surface Acoustic Wave) afin de caractériser la qualité des revêtements et des surfaces de structures. Le deuxième objectif de cette étude est de rendre ces capteurs IDT flexibles afin qu’ils puissent s’adapter non seulement aux différentes géométries planes ou non mais aussi pour qu’ils soient capables de supporter les déformations des structures au cours de leur utilisation. En général, les matériaux piézoélectriques sont rigides et le caractère souple des matériaux est souvent en opposition avec les performances piézoélectriques de ces derniers ; nous avons donc développé des matériaux qui répondent à ces deux exigences : la performance piézoélectrique et la souplesse. Enfin, nous avons privilégié des technologies relativement bon marché pour développer ces capteurs afin d’envisager par la suite, un contrôle continu des structures en intégrant ces capteurs à demeure sur ces dernièresThis work deals with the realization of interdigital sensors (IDT for InterDigital Transducer) on piezoelectric substrates. There is a dual challenge since firstly, the aim is to have efficient sensors to generate surface acoustic waves (SAW) in order to characterize the quality of the coatings and structure surfaces. The second objective of this study is to make these IDT sensors flexible so as to adapt to different geometries of structures and to be able to put up with the deformations of structures in use. Typically, piezoelectric materials are rigid and the flexible nature of the materials is often in opposition to the piezoelectric performance of the latter. We developed materials that meet these two requirements: piezoelectricity and flexibility. Finally, we gave greater importance to relatively cheap technologies to develop these sensors because this allows then to consider continuous monitoring (structural health monitoring) by incorporating these sensors permanently on the structures to be tested
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Polewczyk, Vincent. "Growth of hybrid piezoelectric/magnetostrictive systems for magnetic devices based on surface acoustic wave resonators." Thesis, Université de Lorraine, 2018. http://www.theses.fr/2018LORR0096/document.
Full textAbstract:
Le développement de matériaux avec différents ordres ferroïques couplés (multiferroïques) motive d’intenses activités de recherche. Une combinaison particulièrement intéressante est celle des paramètres d'ordre magnétique et électrique qui, dans le cas favorable où ceux-ci sont couplés, ouvre la voie au contrôle électrique de l’aimantation. Celui-ci peut être envisagé via la manipulation de la polarisation d’un ferroélectrique ou des déformations d’un piézoélectrique Les propriétés du matériau ferroélectrique/piézoélectrique peuvent être inversement modifiées par l’état d’aimantation, ce qui laisse envisager des applications dans le domaine des capteurs de champs magnétiques. Ce travail s’inscrit dans l’étude de systèmes piézoélectrique/ magnétostrictif, avec un intérêt spécifique porté à l’influence de l’aimantation sur les ondes acoustiques de surface (SAW) générées dans le dispositif. Nous avons ainsi déposé des couches polycristallines de Ni, des multicouches [Co/IrMn], ainsi que des couches épitaxiées de TbFe2 sur des substrats de Niobate de Lithium (LNO) de différentes orientations. Sur LNO Z-cut, la croissance de TbFe2 est réalisée en utilisant différentes couches tampons simples ou doubles qui permettent d’obtenir des directions de croissance [111] ou [110] avec des anisotropies magnétiques respectivement perpendiculaire et planaire. Sur des substrats de coupe 128Y et 41Y, la croissance s’avère beaucoup plus complexe mais il est néanmoins possible d’obtenir un film cristallisé de TbFe2 multidomaines avec des relations d’orientation 3D similaires à celles obtenus sur LNO Z-cut, que ce soit entre la couche magnétique et la couche tampon, ou entre la couche tampon et le substrat. Des dispositifs magnétiques à ondes acoustiques de surface (MSAW) ont été ensuite fabriqués dans une géométrie de résonateur permettant une interrogation à distance aisée. La fréquence de résonance des dispositifs MSAW est sensible à l’application d’un champ magnétique externe, via des effets statiques liés à l’orientation de l’aimantation sous champ et via des effets dynamiques d’origine magnétoélastique liés à l’excitation acoustique. Nous avons examiné les réponses magnéto-acoustiques des différents dispositifs, en corrélation étroite avec les propriétés magnétiques statiques, en particulier l’anisotropie, la coercivité et l’hystérèse. Un modèle piézomagnétique équivalent a été utilisé pour simuler certaines de ces réponses. De manière générale, nous montrons qu’un choix judicieux du matériau magnétique et le contrôle de ses propriétés permettent d’élaborer des capteurs spécifiques : un matériau magnétique doux permet de contrôler l’anisotropie de la réponse acoustique via la forme des IDT; un matériau magnétique dur ouvre la voie au développement de capteurs de forts champs magnétiques; un système à anisotropie d’échange dont on peut contrôler la réversibilité de la réponse magnétique permet d’envisager un capteur de champ magnétique hors planThe development of materials with different coupled ferroic orders (multiferroics) drives an intense research activity. A particularly interesting combination is the case where magnetic and electrical orders are simultaneously present, which, in the favorable case where these are coupled, opens the way to the electrical control of magnetization. This can be achieved in manipulating the polarization in a ferroelectric or the strains in a piezoelectric compound. Ferroelectric or piezoelectric properties can inversely be influenced by the magnetic state, an interesting feature for the development of magnetic field sensors. This work aims in the investigation of piezoelectric/magnetostrictive systems, more especially in the role of the magnetization and of the magnetization versus field behavior on the surface acoustic waves (SAW). Polycristalline Ni films, [Co/IrMn] multilayers and epitaxial TbFe2 films have been deposited on Lithium Niobate (LNO) substrates of different orientations. On LNO Z-cut, various single or double buffer layers have been used to achieve the TbFe2 epitaxial growth, along either [111] or [110] directions and with either perpendicular or in-plane magnetic anisotropy. On LNO 128Y and 41Y substrates, the growth is more complex but it is nevertheless possible to obtain crystalline multidomains TbFe2 films with 3D orientation relationships similar to those obtained on LNO Z-cut, both between the magnetic and the buffer layers, and between the buffer layer and the substrate. Magnetic surface acoustic wave (MSAW) devices have been patterned in a resonator geometry that enables an easy wireless interrogation. The MSAW device resonance frequency is sensitive to an external magnetic field, both via static effects related to the field-induced magnetization changes, and via magnetoelastic dynamic effects related to the acoustic excitation. We have investigated the MSAW magneto acoustic responses of the various devices in close connection with the static magnetic properties, especially the anisotropy, the coercivity and the hysteresis. An equivalent piezomagnetic model could support some of these observations. We show more generally that the proper choice of magnetic material and the control of the magnetic properties helps to build up specific sensors: soft magnetic materials enable to tailor the anisotropy of the MSAW response by engineering the IDT’s shape; hard magnetic materials enable to achieve high field unipolar or bipolar field response; exchange-biased systems in which the reversibility of the magnetic response is achieved let envision the development of sensors for out-of-plane magnetic fields
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Link, Mathias. "Etude et réalisation de résonateurs à ondes acoustiques de volume (FBAR) montés sur miroir acoustique et exploitant le mode de cisaillement dans les couches minces d'oxyde de zinc (ZNO) à axe c incliné: application aux capteurs gravimétriques en milieux liquides." Phd thesis, Université Henri Poincaré - Nancy I, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00110411.
Full textAbstract:
Les systèmes publics de santé nécessitent des capteurs miniaturisés pour l'amélioration des diagnostics médicaux. Dans ce contexte, l'objectif de cette thèse était de simuler, réaliser et caractériser des résonateurs à ondes acoustiques de volume à base de couches minces, vibrant en mode de cisaillement à 800 MHz et montés sur miroir acoustique (SMR), et de démontrer leur capacité à fonctionner comme capteurs gravimétriques en milieu liquide.Trois procédés de dépôt par pulvérisation de couches de ZnO à axe c incliné ont été développés. De telles couches sont nécessaires pour l'excitation d'ondes de cisaillement et essentielles pour un fonctionnement en milieu liquide. Des inclinaisons jusqu'à 16° ont été obtenues avec une incidence oblique des particules en utilisant des caches additionnels. Des couches homogènes ont été déposées sur la surface entière d'un wafer 4“. Des outils de simulation et de caractérisation ont permis d'optimiser les SMRs, améliorant le coefficient de couplage de 0.012 à 0.149 et le facteur de qualité de 3.5 à 230. Leur application dans des solutions de glycérol a montré qu'ils se prêtent à la détection gravimétrique et comme viscosimètres. Des mesures de liaisons anticorps-antigènes en milieu liquide ont été réalisées avec succès. Comparées à des microbalances à quartz vibrant à 10 MHz, la sensibilité est 1000 fois plus grande et la résolution est 4 fois meilleure.
Les SMRs sont hautement sensibles, peuvent être intégrés à des systèmes électroniques, et permettent des mesures quantitatives avec de bonnes résolutions. Ces nanobalances à couche piézoélectrique pourront former le noyau de systèmes portables et bon marché pour le diagnostic médical.
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Chambon, Hugo. "Simulation and characterization of multi-layered surface acoustic wave devices for filtering and sensing applications." Thesis, Compiègne, 2019. http://www.theses.fr/2019COMP2512.
Full textAbstract:
Cette thèse porte sur la conception et la caractérisation de micro-dispositifs à ondes acoustiques multicouches. La cinquième génération de communication (5G) nécessite des résonateurs acoustiques plus performants (fréquences > 3GHz, bande passante plus large). Dans ce contexte, nous avons conçu et optimisé par simulation FEM la géométrie de résonateurs à ondes de Lamb à base d’AlScN. Le dispositif final, constitué d’une couche composée de 30% de Sc et déposée sur un miroir de Bragg W/SiO2, montre d’excellentes performances (coefficient de couplage de 5% et facteur de qualité de 768) et un bon accord avec la simulation. Pour caractériser la surface de BAW et SAW sur la gamme de fréquence 5G, nous avons également conçu et développé un interféromètre hétérodyne. Ce dernier a été utilisé avec succès pour caractériser des vibrations de surface d'une amplitude comprise entre 1 et 10 pm à 5,95 GHz. Par ailleurs, grâce à leur robustesse et leur capacité à être interrogé sans-fil, les capteurs SAW sont utilisés dans des environnements difficiles et suscitent un grand intérêt pour les applications médicales et de contrôle de santé intégré. Récemment, l’introduction d’empilements multi-matériaux offre de nouvelles opportunités de développements. Nous avons ainsi étudié un capteur de pression composé de deux couches complémentaires, ainsi qu'un capteur dit package-less utilisant des couches d’impédances acoustiques différentes. Pour concevoir ces nouveaux capteurs, nous avons développé un outil de simulation reposant sur l'extraction de paramètres de couplage de modes et tenant compte des effets de la température, des contraintes et des déformations pour estimer leur sensibilitéThis thesis deals with the design and characterization of multilayer acoustic wave micro-devices. The fifth generation of communication (5G) requires more efficient acoustic resonators (frequencies > 3GHz, wider bandwidth). In this context, we have designed and optimized using FEM simulation, the geometry of Lamb wave resonator based on AlScN. The final device, consisting of a layer composed of 30% Sc and deposited on a Bragg W/SiO2 mirror, shows excellent performance (coupling coefficient of 5% and quality factor of 768) as well as a good agreement with the simulation. To characterize the surface of BAW and SAW over the 5G frequency range, we also designed and developed a heterodyne interferometer. The latter has been used successfully to characterize surface vibrations with amplitudes between 1 and 10 pm at 5.95 GHz. Furthermore, thanks to their robustness and ability to be wirelessly interrogated,SAW sensors are used in harsh environments and are of great interest for medical applications and structural health monitoring. Recently, the introduction of multi-material stacks offers new development opportunities. We thus studied a pressure sensor composed of two complementary layers, as well as a so-called package- less sensor using different acoustic impedance layers. To design these new sensors, we have developed a simulation tool based on the extraction of mode coupling parameters and taking into account the effects of temperature, stresses and strains to estimate their sensitivity
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Duhamel, Rémi. "Etude d'un capteur biochimique à ondes acoustiques de lamb." Besançon, 2005. http://www.theses.fr/2005BESA2020.
Full textAbstract:
Le système étudié est une microbalance utilisant les propriétés des ondes acoustiques pour détecter des variations de masse. Lorsque l'on excite des ondes de Lamb dans une membrane, la fréquence à laquelle vibre la membrane est liée à la masse de celle-ci. Une augmentation locale de la masse provoquera une variation de la fréquence de vibration que l'on pourra détecter. Le choix des ondes de Lamb est pertinent : pour un mode particulier et sous certaines conditions très peu d'énergie se retrouve dissipée en milieu liquide et la sensibilité peut être supérieure à celle des systèmes classiques à base de quartz. Nous avons orienté notre étude selon deux axes de recherche : la diminution de la sensibilité à la température et l'amélioration de la sensibilité à la masse. Pour la diminution de la sensibilité à la température, deux types de dispositifs ont été étudiés. Une première famille de dispositifs à excitation électrostatique a été réalisée. La deuxième série, plus originale, utilise l'excitation des ondes de manière piézoélectrique sur deux lignes à retard croisées sur la même membrane. Nous avons pu effectuer simultanément les mesures de variations de température et de masse. Pour l'amélioration de la sensibilité à la masse, l'étude est orientée sur la diminution de l'épaisseur de la membrane dans laquelle se propagent les ondes. Deux familles de dispositifs ont été réalisées, l'une utilise le PZT comme matériau piézoélectrique et l'autre l'AlN. Les dispositifs AlN ont entièrement été caractérisés en tant que capteur de masse fonctionnant en milieu liquide. La microbalance réalisée présente une sensibilité à la masse de 200 cm2/g environ pour un système oscillant à 13 MHzThe studied system is a microbalance which uses acoustic waves properties to detect mass variations. When Lamb waves are excited in a membrane, the vibrating frequency of the membrane is linked to its own mass. If a small mass quantity is added to the membrane the vibrating frequency will change and we will be able to detect this frequency shift. Lamb waves are really interesting as a basis for such a device because for a particular mode and under given conditions there is nearly no energy loss in liquid media and mass sensitivity is better than the one reached by quartz crystal microbalances. We have decided to study two particular aspects of such a system : how to reduce temperature sensitivity and how to increase mass sensitivity. Regarding temperature sensitivity, two different kinds of systems have been studied. A first system using electrostatic excitation has been built. Another system using piezoelectric excitation has also been realised. This system is made of two crossed delay lines on the same membrane. With such a system it is possible to retrieve both temperature and mass variations at the same time. As far as mass sensitivity is concerned, we wanted to reduce the membrane thickness where waves are propagating. Two kinds of devices have been studied, one using PZT as piezoelectric material, the other one using AlN. AlN devices do work as expected, and in liquid media the microbalance shows a 200 cm2/g mass sensitivity for a 13 MHz oscillating system
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Li, Xiang-Yu. "Propagation des ondes acoustiques dans les milieux hétérogènes." Paris 6, 2010. http://www.theses.fr/2010PA066641.
Full textAbstract:
Ce travail aborde numériquement la caractérisation des propriétés acoustiques de milieux poreux ou fracturés, dans le cadre de la théorie de l'homogénéisation. En premier lieu, des caractéristiques telles que la célérité des ondes, leur dispersion et leur atténuation sont examinées systématiquement, pour divers types de milieux poreux secs. Ensuite, les propriétés mécaniques d'échantillons solides contenant une fracture de géométrie gaussienne aléatoire sont étudiées en termes de délai pour la propagation d'une onde dans la direction normale à la fracture, de coefficients de rigidité et de longueur d'influence. Enfin, le comportement mécanique de milieux poreux saturés est examiné. Le fluide peut être compressible et l'espace des pores peut inclure plusieurs composantes indépendantes, percolantes ou non. La perméabilité dynamique et la célérité des ondes sont déterminées pour le même type de milieux que dans le cas des pores.
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Olive, François. "Caractérisation des couches minces par l'analyse des ondes acoustiques de surface." Grenoble 1, 1991. http://www.theses.fr/1991GRE10107.
Full textAbstract:
La microscopie acoustique permet d'observer sous la surface des matériaux optiquement opaques, pour la formation d'image dont le contraste est dû aux propriétés mécaniques locales de l'objet étudié. L’interprétation de ces images nécessite de bien comprendre l'interaction des différentes ondes acoustiques, générées par le microscope, avec la matière. Parmi ces interactions, le comportement des ondes acoustiques de surface s’avère fondamental pour la compréhension des contrastes. La signature acoustique est l’étude spécifique de cette interaction. On décrira la méthode et le dispositif expérimental mis en œuvre pour l'analyse de la signature acoustique. L’étude de cette technique nous a permis de développer une méthode de mesure non destructive de l’épaisseur des couches minces opaques, en particulier sur silicium ainsi qu'un profilomètre sans contact mécanique. Les performances de ces appareils ont été évaluées par comparaison avec les techniques destructives classiques et les résultats des mesures sont en excellent accord. L’étude approfondie de la fonction de réflectance a permis la détection expérimentale de différents modes de propagation acoustique de surface. Enfin l'analyse du comportement des ondes acoustiques en présence d'une interface solide-solide, lorsque le contact n'est pas intime, ouvre d’intéressantes perspectives pour le contrôle de l’adhérence.
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Pastureaud, Thomas. "Etude de nouvelles structures pour la conception et la fabrication de filtres à ondes acoustiques guidées haute fréquence." Besançon, 2002. http://www.theses.fr/2002BESA2069.
Full textAbstract:
La modélisation de la propagation des ondes acoustiques de surface suscite un vif intérêt pour la conception de filtres fréquentiels de petite taille. Le filtrage radiofréquence impose l'étude de nouvelles structures pour améliorer les solutions actuelles. Dans cette optique, les travaux présentés démontrent la faisabilité de filtres radiofréquence efficaces sur des structures utilisant des couches minces piézoélectriques. Des modèles adaptés aux structures stratifiées ont donc été développés pour caractériser les modes acoustiques. Les prévisions théoriques sont confrontées à l'expérience dans le cadre du projet OASIS où un procédé technologique innovant est mis en œuvre pour le transfert de films piézoélectriques orientés sur silicium. La propagation acoustique dans des plaques piézoélectriques est également étudiée pour des applications capteurs. Enfin, des géométries d'excitation originales sont présentées pour la conception des futurs dispositifs haute fréquence compactsThe mobile phone industry needs for small frequency filtering devices have recently created a strong interest in the simulation of surface acoustic waves propagation. RF range filtering lays stress on the need for new structures, to bypass the drawbacks of formerly used technical solutions. In this context, the reported work shows that efficient RF filters can be designed on stratified structures using thin films. Specific models were developed to characterize the acoustic propagation in such layered media. Theoretical results are compared to experimental measurements performed within the OASIS project. Indeed, the technological part of the project is focussed on a new process for transferring oriented films on silicon substrates. Acoustic propagation in piezoelectric plates is also analysed for sensor applications. Finally, novel excitation geometries are studied in order to design future high frequency compact devices
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Ventura, Pascal. "Analyse bidimensionnelle des transducteurs à ondes acoustiques de surface utilisés dans la conception des filtres de bandes à faibles pertes." Besançon, 2001. http://www.theses.fr/2001BESA2042.
Full text
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Sebbag, Landry. "Les Lois de la réflexion-réfraction des ondes planes evanescentes et les ondes d'interface." Paris 7, 1987. http://www.theses.fr/1987PA077156.
Full textAbstract:
On recherche d'abord les solutions à quatre ondes composées de deux ondes planes évanescentes lamellaires incidente et réfléchie dans le fluide et de deux ondes planes évanescentes lamellaire et tourbillonnaire dans le solide. Cas particuliers des ondes d'interface
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AURIBAULT, DANIEL. "Etude par la technique laser-ultrasons des ondes acoustiques de surface guidees." Paris 7, 1996. http://www.theses.fr/1996PA077164.
Full textAbstract:
Les ondes acoustiques de surface guidees se propageant dans des guides solides isotropes a geometries classiques (plaque) ou complexes (guides topographiques) presentent des proprietes physiques attrayantes (dispersion, confinement du champ, distribution du champ, etc. ) pour des applications tres diversifiees (controle non destructif, traitement du signal, seismologie, lignes a retard, etc). Dans un premier temps, les ondes guidees par une plaque ont ete etudiees theoriquement par la theorie exacte de rayleigh-lamb et experimentalement par la technique laser-ultrasons, methode tout optique sans contact et large bande. Lorsque la plaque est fine (produit frequence x epaisseur tendant vers zero), un modele a ete etabli. Il decrit correctement, en accord avec la theorie exacte, les modes fondamentaux a#0 (mode de flexion), s#0 (mode dilatationnel) et sh#0 (tranche' de l'onde transversale). Dans un second temps, les ondes guidees par deux guides topographiques, l'arete d'un diedre et l'arete d'une plaque fine, appelees, respectivement, modes antisymetriques de flexion (asf) et pseudo-mode de rayleigh, ont ete examines par des approches theoriques developpees a partir du modele de la plaque fine et par la technique laser-ultrasons appliquee pour la premiere fois a l'etude de ce type d'onde. Les resultats experimentaux en assez bon accord avec la theorie presentee ont mis en evidence un fort confinement du champ et une forte dispersion des modes asf, et un fort confinement du champ et une faible dispersion du pseudo-mode de rayleigh. L'analyse de l'interaction de ce dernier mode avec un milieu ambiant visqueux permet d'envisager la realisation de capteurs de viscosite
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Bidard, Agnès. "Développement d'une technologie originale d'encapsulation de filtres à ondes acoustiques de surface." Besançon, 2001. http://www.theses.fr/2001BESA2052.
Full textAbstract:
Le travail présenté dans ce mémoire concerne le développement d'une nouvelle technologie d'encapsulation de composants à ondes acoustiques de surface. Afin de répondre à des critères de réduction de coût et de taille, ce boîtier-puce est réalisé collectivement au niveau de la tranche et utilise des matériaux organiques bas coûts. Après avoir validé par modélisation à l'aide d'éléments finis la tenue thermo-mécanique de l'encapsulation, nous avons contrôlé théoriquement l'absence de perturbations thermomécaniques introduites par le boîtier sur la fonction centrale du filtre. .The present work is concerned with a new surface acoustic wave device packaging. In order to reduce the size and the cost aspects, this chip size package uses low cost organic materials. It is also a wafer level technology. After studying the package thermomechanical behaviour by using a finite element method modelisation, we proved that the central frequency of the filter was not shifted by thermomechanical perturbations introduced by the package. .
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Zeng, Qian. "Génération et utilisation des ondes acoustiques de surface dans un dipositif microfluidique." Paris 6, 2011. http://www.theses.fr/2011PA066193.
Full textAbstract:
Des dispositifs microfluidiques sont fabriqués avec des éléments piézoélectriques intégrés tels que les transduceurs inter-digités (IDTs) et les transduceurs inter-digités focalisés (F-IDTs) pour générer des ondes acoustiques de surface (SAWs). Ces dispositifs sont ensuite utilisés pour démontrer des applications potentielles à la manipulation de microparticules et de microgouttes, et au mélange ultrarapide dans un canal microfluidique. Des calculs numériques sont effectués à l’aide du logiciel COMSOL Multiphysics afin de comprendre la propagation de SAW sur le substrat den niobate de lithium. Expérimentalement, nous avons réalisé des IDTs et des F-IDTs sur ce substrat pour manipuler des microgouttes et les intégré dans un canal microfluidique pour manipulation de microparticules à l’aide des ondes acoustiques de surface stationnaires (SSAWs). Enfin, basé sur le principe de focalisation par onde acoustique de surface un micro-mélangeur est élaboré, permettant un mélange ultra-rapide et une réaction enzymatique renforcée
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Ossandón, Sebastián E. "Modélisation mathématique, analyse et simulation numérique de phénomènes complexes de propagation des ondes acoustiques, élastiques et électromagnétiques." Palaiseau, École polytechnique, 2006. http://www.theses.fr/2006EPXX0001.
Full text
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Khelif, Abdelkrim. "Propriétés de vibration et de diffusion de nanostructures en surface." Lille 1, 1998. https://pepite-depot.univ-lille.fr/LIBRE/Th_Num/1998/50376-1998-117.pdf.
Full textAbstract:
Dans ce travail, nous etudions les proprietes spectrales (modes localises, resonances) de nanostructures integrees sur ou pres d'une surface ainsi que la diffusion d'ondes par ces defauts. En utilisant le formalisme de la fonction de green, nous avons mis au point une methode numerique exacte pour obtenir les proprietes vibrationnelles (densite d'etats, diffusion d'une onde incidente en champ proche ou lointain) associees a un fil ou a une assemblee periodique de fils deposes sur la surface plane d'un substrat. L'avantage de la methode est de pouvoir envisager a la fois une geometrie arbitraire de la section du fil et de choisir des materiaux differents pour le fil et pour le substrat. Nous avons applique cette methode a l'etude des vibrations acoustiques de polarisation transverse. Dans le cas d'un seul fil depose, nous avons determine les resonances acoustiques a partir des pics de densites d'etats totales et locales. On peut obtenir des resonances tres bien definies dont les frequences dependent des parametres relatifs des deux materiaux ainsi que de la geometrie du fil. Dans certains cas, les frequences de resonance peuvent etre reliees aux modes propres du fil isole (non supporte). Par exemple, dans le cas d'un fil plus dur que le substrat, les resonances resultent d'un elargissement des modes propres discrets du fil isole. Par ailleurs, les pics de resonance deviennent plus fins et plus intenses lorsqu'on augmente la hauteur du fil depose (comparee a sa base). Nous avons aussi explore l'evolution de ces resonances resultant de la presence de deux fils voisins sur une surface. Un chapitre de ce memoire est consacre a l'etude de la diffusion d'une onde incidente par un fil depose. Celle-ci peut etre utilisee dans l'evaluation non destructive et l'imagerie de ces objets. En incidence normale ou a faible angle d'incidence, l'amplitude de l'onde diffusee presente une serie d'augmentations et de diminutions successives en fonction de la frequence.
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Eude, Muriel. "Étude expérimentale de la propagation d'une onde acoustique dans un milieu atténuant en présence d'hétérogénéités." Lyon 1, 2004. http://www.theses.fr/2004LYO10007.
Full textAbstract:
Le propos de cette thèse est l'étude expérimentale, dans le contexte de l'imagerie médicale, des interactions entre une onde plane se propageant dans un milieu fluide et une distribution d'inclusions solides. Les expériences sont menées sur des échantillons d'Agar-agar contenant des distributions tridimensionnelles de diffuseurs sphériques de 1mm de diamètre. L'épaisseur des échantillons, la densité et la répartition des diffuseurs sont des paramètres maîtrisés. Pour différentes concentrations de diffuseurs et différentes épaisseurs d'échantillons, les coefficients de réflexion et de transmission sont mesurés sur une large bande de fréquence. Nos résultats expérimentaux sont confrontés aux prédictions d'un nouveau modèle de diffusion multiple qui permet d'évaluer analytiquement la transmission et la réflexion d'une onde plane ultrasonore de part et d'autre d'une région comportant une distribution aléatoire homogène de diffuseurs. L'accord expérience / théorie valide ce modèle
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Bussonnière, Adrien. "Actionnement microfluidique par ondes acoustiques de surface : de la physique aux applications biologiques." Thesis, Lille 1, 2014. http://www.theses.fr/2014LIL10212/document.
Full textAbstract:
Les laboratoires sur puce visent à intégrer sur un substrat miniaturisé une ou plusieurs fonctions de laboratoire. Cette miniaturisation d’opérations élémentaires présente des avantages indéniables en termes de portabilité, de vitesse et de rendement des analyses chimiques ou biologiques. Il est ainsi nécessaire de pouvoir contrôler avec précision des petites quantités de liquide sous forme de gouttes. Les actionneurs à ondes acoustiques de surfaces permettent de réaliser la plupart des opérations requises en exploitant les interactions non linéaires entre une onde acoustique et un liquide. Toutefois la physique sous-jacente à ces microsystèmes n’est encore que partiellement comprise, limitant le développement de telles plateformes d’analyse. Nous nous proposons, dans ce travail, d’étudier de manière théorique et expérimentale l’oscillation et le déplacement d’une goutte soumise à des ondes acoustiques de surface. La réaction d’une goutte à une telle excitation ainsi que les transferts non linéaires d’énergie sont abordés dans une première partie. La deuxième partie est consacrée à la modélisation faiblement non linéaire de l’oscillation d’une goutte afin de prédire les résonances paramétriques d’une goutte soumise à une excitation périodique. Dans une troisième partie, la comparaison de la dynamique de gouttes pendantes et de gouttes posées sur des plans horizontaux et inclinés met en exergue l’influence de la gravité sur la dynamique de la goutte, et permet d’observer de nouvelles dynamiques complexes. Enfin dans la dernière partie, les dynamiques décrites dans les précédents chapitres sont utilisées pour trier des cellules en fonction de leur pouvoir d’adhésionA lab-on-a-chip aims at integrating on a miniaturized substrate one or several laboratory functions. This miniaturization of elementary functions has major advantages to design portable systems, to control precisely the experimental conditions or to reduce the environmental impact of industrial activities. In most of these microsystems, it is necessary to actuate a small amount of chemical or biological fluid under the form of droplets. In particular, it is often necessary to move, divide atomize or mix these small quantities of fluids. Surface Acoustic Wave actuators allow to perform all these elementary operations. They rely on the nonlinear interaction of a surface wave and a liquid. However a precise understanding of the underlying physics is still missing, hence restraining a widespread use of these microsystems. We present, in this thesis, a theorical and experimental study of the oscillation and the displacement of a droplet under a surface acoustic wave excitation. In the first part, we describe the droplet dynamics and nonlinear energy transfers that occur during actuation. The second part of the manuscript is dedicated to the development of a weakly nonlinear model to study parametric response of a droplet to periodic excitation. In a third part, the influence of the gravity is shown through the comparison of pendant and sessile droplet dynamics. A competition beetwen acoustic forces and gravity appears when tilting the experimental device and allow us to observe new droplet dynamics. In the last part of the manuscript, the free surface drop deformations generated by surface acoustic waves, are used to viably sort cells based on their adhesion properties
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Al, Wardany Riad Gallias Jean-Louis. "Caractérisation non destructive des structures en béton au moyen des ondes dispersives de Rayleigh et de Lamb." [s.l.] : [s.n.], 2008. http://biblioweb.u-cergy.fr/theses/05CERG0272.pdf.
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Reproduction de : Thèse doctorat : Génie civil : Cergy-Pontoise : 2005.Thèse soutenue en co-tutelle avec l'Université de Sherbrooke (Canada). Titre provenant de l'écran titre. Bibliogr. p.175-181.
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Shaw, Anurupa. "La génération d'impulsions courtes d'ondes acoustiques de surface sur un matériau piézo-électrique." Thesis, Bourgogne Franche-Comté, 2017. http://www.theses.fr/2017UBFCD063/document.
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La génération d’impulsions courtes d’ondes acoustiques de surface est étudiée, en s’inspirant du principe de l’amplification des impulsions chirpées qui est utilisée pour la génération d’impulsions laser ultrabrèves. La compression temporelle des impulsions est généralement réalisée à l’aide d’éléments dispersifs. Dans ce travail, un transducteur à ondes acoustiques de surface pouvant émettre des impulsions brèves est utilisé comme élément dispersif. Une étude comparative des transducteurs à peignes interdigités chirpés est menée avec un modèle du premier ordre et un modèle dit de matrice mixte. Des dispositifs à ondes acoustiques de surface sont conçus et réalisés à partir des résultats de simulation numérique. La façon de distribuer la période dans le transducteur est étudiée. L’apparition de bandes interdites dues aux réflexions internes dans le transducteur chirpé et son effet sur l’émission directionnelle des ondes surface sont en particulier observées et étudiées.Un interféromètre optique différentiel dans le domaine temporel et stabilisé est ensuite proposé afin de caractériser les impulsions brèves. Le transducteur à ondes acoustiques de surface est placé à l’extérieur de l’interféromètre. Des expériences sont conduites avec un transducteur à peignes interdigités chirpé ayant une bande opérationnelle couvrant la gamme de fréquences 200 MHz – 400 MHz et produisant des impulsions de 10 ns avec un déplacement hors-plan maximal de 36 nm. La réponse interférométrique est comparée à une mesure électrique directe obtenue à l’aide d’un transducteur de réception large bande ; une bonne correspondance des deux mesures est observée. Les influences de la différence de chemin optique dans l’interféromètre et du choix du point d’observation sur la surface sont discutées. La compression de l’impulsion le long du transducteur chirpé est observée expérimentalement.Finalement, une étude comparative de différents filtres de compression temporelle est présentée, dans l’objectif d’obtenir des impulsions optimales à la fois courtes temporellement et de forte intensité, pour un élément dispersif donné. Le filtre inverse est identifié comme le plus efficace et nous permet de produire les impulsions de plus grande amplitude. Afin d’optimiser la compression de l’impulsion pour les dispositifs fabriqués, des expériences sont conduites pour trouver les courbes de compromis optimal dans chaque cas de modulation de la période du transducteurGeneration of short pulses with surface acoustic waves (SAW) is studied, in analogy with the principle of chirped pulse amplification (CPA) used to produce ultrashort laser pulses. Temporal compression of pulses is generally achieved with dispersive elements. A SAW transducer emitting short SAW pulses is used as a dispersive element in this work. A comparative study of chirped inter digital transducers (CIDTs) using the first order model and the p-matrix model is presented. SAW devices are designed and fabricated using the simulation results and the effect of the varying pitch of the CIDts on the response is studied. Appearance of band gaps due to internal reflections within the CIDts and its effect on the directionality of the CIDTs are in particular found and studied.A stabilized time-domain differential optical interferometer is then proposed in order to characterize short pulses, with the surface acoustic wave (SAW) sample placed outside the interferometer. Experiments are conducted with surface acoustic waves excited by a chirped inter-digital transducer on a piezoelectric lithium niobate substrate having an operational bandwidth covering the 200 MHz – 400 MHz frequency range and producing 10 ns pulses with 36 nm maximum out-of-plane displacement. The interferometric response is compared with a direct electrical measurement obtained with a receiving wide bandwidth inter-digital transducer and good correspondence is observed. The effects of varying the path difference of the interferometer and the measurement position on the surface are discussed. Pulse compression along the chirped inter-digital transducer is observed experimentally.Finally, a comparative study of different filter designs for generating short pulses is presented with an objective to find a design to produce the optimal pulse which is short in width and high in amplitude, for a given dispersive element. The inverse filter is found to be the most efficient as it produces a short pulse with the highest amplitude. To optimize the pulse compression for the fabricated devices, experiments are conducted to find the optimal trade-off curve for each chirp case
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Al, Wardany Riad. "Caractérisation non destructive des structures en béton au moyen des ondes dispersives de Rayleigh et de Lamb." Cergy-Pontoise, 2005. http://biblioweb.u-cergy.fr/theses/05CERG0272.pdf.
Full textAbstract:
Une méthode acoustique de contrôle non destructif du béton est développée. Cette méthode nommée FK, est basée sur l'analyse des ondes de surface (Rayleigh et Lamb) dans le domaine de fréquence-nombre d'onde. Elle fournit le profil de variation de la vitesse de propagation des ondes de cisaillement en fonction de la profondeur. Ceci permet une évaluation rapide et précise des caractéristiques mécaniques du béton ausculté (module d'élasticité, coefficient de Poisson), ainsi qu'une estimation de l'épaisseur d'éventuelles dégradations. Comme l’a montré sa validation sur des maquettes de grandes dimensions, la méthode FK est aussi capable de détecter et de localiser des plans de fissuration parallèles à la surface du béton. Sa mise œuvre in-situ, sur une écluse attaquée par la réaction alcalis-granulat, a permis d'obtenir des images 2D du module d'élasticité du béton et de démontrer ainsi son fort potentiel et sa haute fiabilité pour la caractérisation mécanique des ouvrages endommagés en bétonA new acoustical non-destructive method has been developed in this study. The method, named FK, is based on the frequency-wavenumber analysis of surface waves (Rayleigh & Lamb). It can accurately provide the variation of the shear wave velocity in concrete with depth. Experiments, conducted on various concrete slabs, have demonstrated the effectiveness of the proposed method to determine thicknesses and elastic properties (Yong’s modulus, Poisson’s ratio) of the near surface degradation. The FK method showed also high potential to detect and locate cracking plans parallel to the concrete surface. An in situ application has also demonstrated the capacity of the FK method to generate 2D images of the concrete Young’s modulus
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Mayorga, Vera Roberto. "Contribution à la caractérisation des contacts métal-semiconducteurs par la technique des ondes acoustiques de surface." Toulouse, INPT, 1987. http://www.theses.fr/1987INPT018H.
Full textAbstract:
Presentation d'une methode mettant en jeu l'application des ondes acoustiques de surface pour determiner les caracteristiques d'un semiconducteur et la hauteur de barriere de potentiel d'un contact schottky