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Instrumentation, Mesure, Métrologie

1631-4670
Revue des Systèmes
 

 ARTICLE VOL 13/3-4 - 2013  - pp.159-178  - doi:10.3166/i2m.13.3-4-159-178
TITRE
Exploitation des transducteurs à ondes élastiques comme capteurs radiofréquences passifs interrogeables sans fil

TITLE
Acoustic transducers as passive sensors probed through a wireless radiofrequency link

RÉSUMÉ

La demande soutenue de mesure à distance de grandeurs physiques a engendré de notables efforts pour la mise au point de différents systèmes fondés aussi bien sur des capteurs actifs que passifs suivant les conditions opératoires auxquelles ces systèmes sont soumis. Les dispositifs passifs sont particulièrement intéressants lorsqu’ils sont confrontés à des environnements sévères peu compatibles avec l’utilisation de composants microélectroniques intégrant des jonctions. Dans cet article, des transducteurs à ondes élastiques sont exploités comme capteurs passifs (sans énergie embarquée) interrogeables par une liaison sans fil radiofréquence. Ces capteurs sont fondés sur la sensibilité des ondes engendrées par le transducteur aux paramètres physiques, tels que la température, les contraintes ou effet de pression. Les variations paramétriques correspondantes modifient les propriétés mécaniques du substrat piézoélectrique monocristallin au sein duquel les ondes se propagent, induisant en premier lieu des variations de vitesse de phase. Celles-ci se traduisent par des dérives en fréquence ou des conditions de phase de résonateurs et de lignes à retard. Nous présentons dans cet article des expériences pédagogiques portant sur diverses stratégies d’interrogation des capteurs respectant les caractéristiques spectrales des différentes configurations. Ainsi, nous montrons comment mesurer les variations paramétriques en suivant par interrogation sans fil la fréquence de résonance ou les échos définis temporellement de dispositif à bande étroite (résonateur) ou à bande large (ligne à retard) en insistant sur les avantages et inconvénients de chaque approche.



ABSTRACT

The increasing demand for wireless monitoring of physical parameters has generated a substantial effort in the development of various systems based either on active or passive sensors, depending on the environment to which the sensing part is submitted. Passive devices are particularly attractive when dealing with harsh environment, preventing the use of any junction-based electronics. In this work, acoustic transducers are used as passive battery-less sensors interrogated through a wireless radiofrequency link. These sensors are exploiting the sensitivity of the waves generated by the transducer to physical parameters – temperature, stress, pressure. Physical parameter changes are affecting the medium supporting the waves, thus yielding phase velocity shifts due to non-linear thermoelastic properties of the substrate material. These shifts can be detected by monitoring the resonance frequency or phase conditions of the corresponding devices (respectively resonators and delay lines). In this document, we describe basic demonstrations of the various wireless probing schemes matching the acoustic sensor spectral characteristics. We demonstrate wireless probing of the frequency or phase shifts both in resonator (narrowband) or delay line (broadband) configurations and emphasize the advantage and drawback of each configuration.



AUTEUR(S)
Nicolas CHRÉTIEN, Jean-Michel FRIEDT, Gilles MARTIN, Sylvain BALLANDRAS

MOTS-CLÉS
transducteur à ondes élastiques, passif, capteur, sans-fil, radiofréquence, RADAR

KEYWORDS
acoustic wave transducer, passive, sensor, wireless, radiofrequency, RADAR

LANGUE DE L'ARTICLE
Anglais

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