Literatura científica selecionada sobre o tema "Capteurs flexibles"

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 dernières<br>This 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

Les NWs de ZnO hautement résistifs sont destinés à être utilisés comme capteurs de pression dans des substrats flexibles. Pour cela, il était important de développer le rôle important des défauts liés à l'hydrogène et à l'azote dans les NWs de ZnO cultivés par CBD, comme cela a été largement étudié dans cette thèse. Le chapitre 1 détaille l'état de l'art de la présente thèse et le chapitre 2 détaille les procédures expérimentales utilisées pour développer les différentes études de cette thèse. Dans le chapitre 3, la conduction électrique de type métallique des NWs de ZnO cultivés spontanément a été attribuée à une forte densité de porteurs de charge libre due aux défauts liés à l'hydrogène (c'est-à-dire le HBC et le VZn-3H agissant comme des donneurs superficiels). Ensuite, le chapitre 4 démontre la capacité d'ingénierie des NWs de ZnO par recuit thermique sous une atmosphère d'oxygène, montrant que la densité des défauts liés à l'hydrogène diminue à ~300 °C, et que l'activation thermique de VZn-NO-H (agissant comme accepteur profond) à ~450 °C favorise une compensation importante. De plus, l'incorporation intentionnelle d'atomes dopants de Sb dans les NWs de ZnO apporte une nouvelle approche en réalisant les croissances dans les régions à faible et à fort pH, comme cela a été fait dans le chapitre 5. Ainsi, le chapitre 6 élucide la modulation complexe entre les défauts liés à l'hydrogène, à l'azote et à l'antimoine dans les différentes conditions de croissance et de recuit. En particulier, le nouveau recuit en deux étapes à 300 °C pendant 4 heures et une heure consécutive à 450 °C illustre la possibilité de diffuser exogène les donneurs d'hydrogène et d'activer thermiquement les défauts liés au VZn-NO-H et au Sb. Enfin, le chapitre 7 montre l'incorporation de ces NWs de ZnO hautement résistifs comme capteurs piézoélectriques flexibles<br>Highly resistive ZnO NWs are intended for their application as pressure sensors in flexible substrates. To achieve this, it was important to develop the important role of hydrogen- and nitrogen-related defects in ZnO NWs grown by CBD, as it has been extensively studied in this thesis. Chapter 1 details the state-of-the-art of the present thesis and Chapter 2 details the experimental procedures used to develop the different studies of this thesis. In Chapter 3, the metal-like electrical conduction of spontaneously grown ZnO NWs was attributed to a high density of free charge carriers due to hydrogen-related defects (i.e., HBC and VZn-3H acting as shallow donors). Then, Chapter 4 demonstrates the capacity to engineer the ZnO NWs by thermal annealing under an oxygen atmosphere, showing that the density of hydrogen-related defects would decrease at ~300 °C, and the thermal activation of VZn-NO-H (acting as deep acceptor) at ~450 °C would promote an important compensation. Furthermore, the intentional incorporation of Sb dopant atoms in the ZnO NWs bring a novel approach by performing the growths in the low- and high-pH regions, as performed in Chapter 5. Hence, Chapter 6 elucidates the complex modulation between the hydrogen-, nitrogen- and antimony-related defects at the different growth conditions and the different annealing conditions. Particularly, the novel two-step annealing at 300 °C for 4 h and a consecutive 1 h at 450 °C will illustrate the possibility to exo diffuse the hydrogen-donors and thermally activate the VZn-NO-H and Sb-related defects. Finally, Chapter 7 shows the incorporation of these highly resistive ZnO NWs as flexible piezoelectric sensors

Cette these traite de la modelisation et de la commande des structures flexibles. Dans un premier temps, il est presente synthetiquement les principaux concepts concernant les systemes a parametres distribues; en rappelant les problemes occasionnes par l'approximation des systemes, d'ordre infini, par un nombre fini d'equations differentielles ordinaires. Compte tenu des particularites de la representation d'etat des structures flexibles, la reduction du modele est obtenue a partir d'une mesure de l'energie communiquee en sortie par chaque mode vibratoire en reponse a une entree test. Le probleme du positionnement des capteurs et des actionneurs est considere de deux facons distinctes: une premiere approche consiste a faire le placement a partir des mesures du degre de commandabilite et d'observabilite. La deuxieme approche associe le calcul des lois de commande au probleme du placement. Dans ce cas, la mesure adoptee porte sur la solution de l'equation de riccati. Grace a des proprietes de concavite qui decoulent de l'utilisation de ces mesures, il a ete possible de mettre en uvre les procedures necessaires pour resoudre le probleme de location optimale. Pour tenir compte des variations des parametres du modele, la synthese des lois de commande est realise par des methodes de commande robuste, tout en faisant apparaitre le rapport entre les equations du type riccati modifiees et la theorie de jeux pour les strategies de nash et de stackelberg. Finalement, plusieurs exemples sont presentes pour illustrer les methodes developpees

L’avènement des interfaces tactiles ouvre des perspectives d’enrichissement de l’interaction entre l’homme et la machine. Nous proposons un nouveau concept de surfaces tactiles souples dont l’objectif est d’étudier l’interaction entre le signal électrique et l’environnement résistif et diélectrique du support, afin de réaliser le système d’acquisition fournissant une information exploitable par la machine.La base technologique est un guide d’ondes sur substrat souple sur lequel le toucher crée une réflexion au port d’entrée. Nous avons développé une méthode de localisation alternative à la réflectométrie temporelle, nommée Harmonic Detection and Location (HDL), permettant l’utilisation d’une électronique d’acquisition de faible complexité, en bande étroite, autour de 100 MHz. Le concept a été validé à partir de mesures sur des dalles tactiles souples et rigides connectées à un analyseur de réseau, utilisé comme référence. Un système d’acquisition compact basé sur un pont de Wheatstone associé à un détecteur de phase a été développé. Pour ce faire, un travail de caractérisation et d’identification des sources d’erreurs a été mené sur les interactions électromagnétiques entre le doigt et le guide d’onde, les imperfections du guide d’onde et la nature du substrat ainsi que l’impact des erreurs induites par l’électronique d’acquisition.Cette connaissance a permis de co-développer la partie matérielle et l’algorithme de détection pour démontrer une précision de localisation de 2cm. Les fondamentaux posés dans ce travail ouvrent la possibilité de réalisation d’interfaces de grande surface, avec une connectique simple, conformables sur des objets sensitifs en trois dimensions<br>The advent of sensitive interfaces is promising prospects to the human-machine interaction. We propose a new concept of sensitive flexible surface. Its aim is to study the interaction between electrical signal and resistive and dielectric environment of the support in order to realize an acquisition system providing machine readable information.The technological base is a waveguide on flexible substrate on which the touch creates a reflection at the input port. We have developed a location method as an alternative to the time domain reflectometry (TDR). It is named Harmonic Detection and Location (HDL) and it allows using a narrow band, around 100 MHz, low complexity acquisition system. The concept has been approved using measures on flexible and rigid sensitive surfaces connected to a vector network analyzer (VNA) used as reference. A compact acquisition system based on a Wheatstone bridge associated to a phase detector has been developed. For this purpose, errors characterization and identification work has been done. Electromagnetic interactions between the finger and the waveguide, waveguide imperfections, substrate nature and acquisition system errors’ impact have been studied. This knowledge has provided the possibility to co-develop the hardware and the detection algorithm to demonstrate a location accuracy of 2cm. Fundamental principles of this work provide the possibility of realizing large surface interfaces, with simple connection and conformable, for 3D sensitive objects

Un système mécanique donné est dépendant de son environnement au moment de son fonctionnement. Cet environnement est caractérisé par l'ensemble des sources d'excitations, les liaisons et les effets indésirables tels que les bruits et les vibrations que produit la structure. Un tel système évolue selon des lois naturelles positives et globales. Le contrôle actif a pour objectif d'agir sur ces lois et permet de conférer au système un comportement avec de meilleures performances dynamiques. Pour ce faire on intègre à la structure de base un jeu de capteurs pour mesurer son état vibratoire et un jeu d'actionneurs pour appliquer une commande générée par un contrôleur afin d'amener la structure à un état fixé auparavant. Dans ce travail, il s'agit d'étudier le contrôle actif de structures légères et flexibles à l'aide de matériaux piezoélectriques. En effet, ces structures sont abondamments utilisées en construction aéronautique. Un problème fondamental se pose lors du contrôle de telles structures : c'est le phénomène de la contamination modale (effet de Spillover) qui se manifeste sous forme d'instabilités<br>A given mechanical system is dependant on its environment at the time of its operation. The excitation sources and the connections with its environment makes the system produces adverse effects such as the noises and the vibrations. Such a system behaves according to positive and total natural laws'. Active control aims to act on these laws and makes it possible to confer on the system a behavior with better dynamic performances. With this intention one integrates into the basic structure a set of sensors to measure its vibratory state and a set of actuators to apply a command generated by a controller in order to bring the structure in a state fixed before. In this work, it is a question of studying the active control of light and flexible structures using peizoelectric materials. These structures are abundantly used in aeronautical construction. A fundamental problem arises during the control of such structures : it is the phenomenon of the modal contamination (effet Spillower) which occurs as instabilities

Dans le domaine du contrôle actif des structures flexibles, l'efficacité de la loi de commande dépend beaucoup du positionnement des capteurs et des actionneurs. Dans ce travail, nous présentons un nouveau critère de positionnement de capteurs et d'actionneurs non colocalisés : celui-ci consiste à assurer que le système "structure flexible/actionneurs/capteurs" se comporte comme un système positif réel dans le domaine des basses fréquences. Le contrôle d'une plaque, munie d'un actionneur ponctuel fixe et de capteurs piézo-électriques, est d'abord étudié. Nous pouvons alors formuler notre critère comme un problème d'optimisation topologique dans la mesure où la position et la topologie des capteurs sont inconnus a priori, Des résultats théoriques essentiels pour ce problème sont montrés et nous présentons des résultats numériques. Notre méthode est ensuite étendue au cas où les capteurs et les actionneurs, tous deux piézo-électriques, sont optimisés simultanément, La dernière partie de ce travail est consacrée à la stabilisation du système. Plusieurs lois de commande ont été mises en oeuvre et les résultats numériques montrent que notre système peut être stabilisé de manière satisfaisante par des contrôleurs d'ordre peu élevé.

Les capteurs de déformation flexibles et biocompatibles constitués d’assemblages de nanoparticules (NPs) sont prometteurs pour diverses applications futures, telles que la peau électronique, les écrans tactiles flexibles ou la robotique. Le principe de ces capteurs de déformations repose sur la conduction par effet tunnel entre les NPs qui varie de façon exponentielle lorsque que le film de NPs est déformé. Cependant, la sensibilité, la reproductibilité et la stabilité de ces capteurs sont affectées par les variations d'épaisseur, de morphologie et de densité des films lors de la fabrication ou au cours de leur utilisation. L’objectif de ces travaux est de développer des capteurs de déformations basés sur l'utilisation d’assemblages de nanohélices de silice recouvertes de NPs métalliques conductrices ou de NPs d’oxydes métalliques semi-conductrices pour surmonter ces aspects critiques. Dans la première partie, des NPs d’or sont synthétisées et fonctionnalisées avec différentes compositions de ligands isolants et sont ensuite greffées à la surface des nanohélices de façon covalente. Dans la seconde partie, des NPs semi-conductrices transparentes d’oxyde d’étain dopé à l’antimoine sont synthétisées, fonctionnalisées et assemblées à la surface des nanohélices par interactions électrostatiques ou covalentes. Enfin, les différents assemblages obtenus sont déposés par diélectrophorèse entre des électrodes interdigitées sur un substrat flexible. Les propriétés de flexibilité, de sensibilité et de stabilité des capteurs fabriqué sont ensuite caractérisées à l’aide de mesures électromécaniques couplées à des observations en microscopie électronique à balayage<br>Flexible and biocompatible strain sensors based on nanoparticle (NPs) assemblies show great potential for various future applications, such as electronic skin, flexible touch screens, and robotics. The high sensitivity of such strain sensing devices is due to the exponential dependence of the tunnel resistance on the distance between adjacent NPs, which is altered by the strain. However, the sensitivity, reproducibility and stability of these sensors are affected by variations in thickness, morphology and density of the films during manufacture or during their application. The objective of this work is to develop strain sensors based on assemblies of silica nanohelices covered with conductive metallic NPs or semiconducting metal oxide NPs to overcome these critical aspects. In the first part, gold NPs are synthesized and functionalized with different compositions of insulating ligands and are further grafted on the surface of the nanohelices with a covalent bond. In the second part, transparent semiconducting NPs of antimony-doped tin oxide are synthesized, functionalized and assembled on the surface of nanohelices by electrostatic or covalent interactions. Finally, the various assemblies obtained are deposited by dielectrophoresis between interdigitated electrodes on a flexible substrate. The flexibility, sensitivity and stability properties of the sensors are then characterized by electromechanical measurements coupled with scanning electron microscopy observations

Mon travail de thèse s'inscrivait dans celui, plus général, de développement d'un système de détection biologique portable affichant sensibilité, précision et répétabilité et dont le champ d'applications visait les domaines médicaux et phytosanitaires. Ce système est basé sur le principe physique de base qui est la Résonance Plasmonique de Surface. Le but était alors de démocratiser cette technique au niveau du chevet du patient ou du champ. Dans ce contexte et dans le cadre du projet INTERREG FWVL BIOSENS, je me suis plus particulièrement attaché à l'étude de différentes innovations au niveau du capteur. Parmi toutes les techniques de détection biologique, la technique de mesure à base de SPR a déjà été amplement étudiée car elle présente des avantages indéniables comme sa sensibilité, sa mesure en temps réel ou encore la non-nécessité de marquage des molécules. Bien que cette technique soit donc bien connue dans le domaine de la détection, la température de tout échantillon influe sur son indice optique, qui est la seule valeur détectée par un tel capteur, et peut donc être interprétée comme le résultat d'une interaction biologique. Ceci amène un réel défi dans le cas d'un système portable pour lequel l'intégration d'une enceinte thermostatée est source d'encombrement et de consommation énergétique. Un capteur SPR 4 canaux a été développé et la température des échantillons est directement contrôlée par chauffage par effet Joule de la couche plasmonique elle-même. Le fonctionnement de ce type de chauffage a été modélisé sous COMSOL et la caractérisation expérimentale a montré qu'il ne perturbait pas le principe de détection. De l'eau a été chauffée par injection de courant et la variation d'indice optique obtenue comparée à la théorie. Nous avons aussi démontré qu'il était possible de contrôler en température indépendamment chacun des quatre canaux sans apparition d'interférence thermique. De manière à contrôler plus finement la température, un capteur de température a aussi été intégré au niveau de la couche plasmonique. Ce contrôle de la température peut alors être utilisé soit pour maintenir une température constante au niveau des échantillons soit pour déterminer l'effet de la température sur une interaction biologique. De manière à diminuer le coût du capteur, un capteur sur film plastique a été fabriqué et testé. Il a permis d'obtenir une réponse plasmonique sur l'air et l'eau. L'utilisation d'un prisme en PDMS ainsi que son couplage avec le capteur sur film a été investiguée de manière à obtenir une plateforme de test la moins coûteuse possible<br>The overall goal of this study was to develop a portable biological detection system with high sensitivity, accuracy and repeatability to be used in either the phytosanitary or the medical domain. This system is based on the Surface Plasmon Resonance (SPR) physical principle. Such a use of this principle is already achieved but leads to laboratory equipment. The goal here is to democratize its use up to an on field or point of care measurement system. In this context and within the frame of the BIOSENS INTEREG FWVL project, I worked more particularly on several developments around the sensor. From all the existing biosensor technologies, surface plasmon resonance (SPR) sensing technology has received continuous attention due to its advantages of a high-sensitivity, label-free and fast response time. Although the SPR sensing technique being legend in the sensor community, currently the temperature of the sample needs to be carefully maintained and controlled because SPR signal varies with temperature and any change in SPR signal can be interpreted as a biological interaction. This gives a huge challenge in the portable application that is targeted since embedding of a temperature controlled chamber size and energy consuming. A SPR sensor design including 4 SPR channels has been made and the temperature is controlled in real time by using Joule effect. Temperature behavior has been modelled under COMSOL and we experimentally demonstrated that the temperature modulation of SPR channel by Joule effect does not affect the detection scheme. Water was heated by injecting current through the plasmonic layer and the refractive index change of water due to temperature was measured and compared with the theory. We also demonstrated that the temperature of each of the 4 channels can be controlled independently without any thermal crosstalk. In order achieving a more precise monitoring of sample temperature, a temperature sensor was also fabricated on top of the plasmonic layer, allowing the real temperature at the sensor surface to be monitored in real time. This temperature control can so be used either to maintain the temperature of biologic samples or to identify the effect of temperature on biomolecular interactions. On addressing the cost of the sensing tool, a flexible and cheap SPR sensor made on tape has been fabricated and tested. Air and water plasmonic responses were measured using such a "tape sensor". A PDMS prism has already been investigated and combined to the tape sensor making then a very cheap sensing platform

Ce travail de thèse porte sur le développement et l’optimisation de capteurs dans le cadre du contrôle non destructif (CND) par courants de Foucault (CF). Le manuscrit présente plusieurs réalisations de capteurs CF souples gravés sur film Kapton. Un premier volet décrit l’évaluation des paramètres électromagnétiques (conductivité électrique σ et perméabilité magnétique µ) des matériaux typiquement rencontrés en CND par CF. Des méthodes conventionnelles pour estimer σ et µ ont été investiguées et mises en œuvre : il s’agit de la méthode à quatre pointes et du perméamètre. Néanmoins, ces méthodes présentent des difficultés pratiques au regard de l’état de surface (peinture, corrosion,…) et de la géométrie de l’échantillon. Deux capteurs ont donc été conçus : le premier composé d’une bobine d’émission et d’une bobine de réception afin d’évaluer la conductivité des matériaux purement conducteurs, puis le second composé d’un bobinage émetteur et d’une GMR pour évaluer la perméabilité magnétique. La conception des motifs et des résultats expérimentaux sont présentés dans le manuscrit. Le second volet décrit le développement d’un imageur CF flexible statique. L’imageur est un capteur multiélément composé de 576 récepteurs disposés en matrice permettant d’inspecter la surface d’une pièce sans déplacement du capteur par rapport à cette dernière. Le contrôle par l’imageur statique permet d’obtenir une image pixélisée de la surface sous le capteur. L’imageur a été optimisé de manière à détecter un défaut surfacique d’au moins 1 mm de long et d’orientation donnée quel que soit son emplacement vis-à-vis des bobines réceptrices. La conception du capteur et son évaluation expérimentale sont donnés dans le manuscrit<br>The work of this thesis focuses on the development and the optimization of probes for non-destructive testing (NDT) by Eddy Currents (EC). The manuscript presents several achievements of flexible EC probes engraved on Kapton film. The first part describes the evaluation of the electromagnetic parameters (electrical conductivity σ and magnetic permeability µ) of materials typically encountered in NDT by EC. Conventional methods to estimate σ and μ have been investigated and implemented: it is the four-point probe and the permeameter. However, these methods present practical difficulties relating to the surface condition (paint, corrosion,…) and the sample geometry. Two probes have therefore been designed: the first is composed of a transmitting and a receiving coil in order to evaluate the conductivity of purely conductive materials, and the second is composed of a transmitter coil and a GMR for evaluate the magnetic permeability. Design patterns and experimental results are presented in the manuscript. The second part describes the development of a flexible static EC imager. The imager is a multielement probe composed of 576 receivers arranged in a matrix allowing to inspect the surface of a structure under test without moving the probe relative to the sample surface. The inspection by the static imager provides a pixelated image of the surface under the probe. The imager has been optimized to detect a surface defect of at least 1 mm long of given orientation regardless of its location relative to the receiver coils. The design of the probe and its experimental evaluation are given in the manuscript