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Laboratoire d’analyse et d’architecture des systèmes

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86documents trouvés

17170
23/05/2017

System design of a low-power three-axis underdamped MEMS accelerometer with simultaneous electrostatic damping control

L.CIOTIRCA

OSE

Doctorat : INP de Toulouse, 23 Mai 2017, 180p., Président: P.BENECH, Rapporteurs: J.JUILLARD, P.NOUET, Examinateurs: O.BERNAL, Directeurs de thèse: H.TAP , N° 17170

Lien : https://hal.laas.fr/tel-01561758

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Résumé

L’intégration de plusieurs capteurs inertiels au sein d’un même dispositif de type MEMS afin de pouvoir estimer plusieurs degrés de liberté devient un enjeu important po ur le marché de l’électronique grand public à cause de l’augmentation et de la popularité croissante des applications embarquées. Aujourd’hui, les efforts d'intégration se concentrent autour de la réduction de la taille, du coût et de la puissance consom mée. Dans ce contexte, la co - intégration d’un accéléromètre trois - axes avec un gyromètre trois - axes est cohérente avec la quête conjointe de ces trois objectifs. Toutefois, cette co - intégration doit s’opérer dans une même cavité basse pression afin de prés erver un facteur de qualité élevé nécessaire au bon fonctionnement du gyromètre. Dans cette optique, un nouveau système de contrôle, qui utilise le principe de l’amortissement électrostatique, a été conçu pour permettre l’utilisation d’un accéléromètre sou s - amorti naturellement. Le principe utilisé pour contrôler l’accéléromètre est d’appliquer dans la contre - réaction une force électrostatique générée à partir de l’estimation de la vitesse du MEMS. Cette technique permet d’augmenter le facteur d’amortisseme nt et de diminuer le temps d’établissement de l’accéléromètre. L’architecture proposée met en œuvre une méthode novatrice pour détecter et contrôler le mouvement d’un accéléromètre capacitif en technologie MEMS selon trois degrés de liberté : x, y et z. L 'accélération externe appliquée au capteur peut être lue en utilisant la variation de capacité qui apparaît lorsque la masse se déplace. Lors de la phase de mesure, quand une tension est appliquée sur les électrodes du MEMS, une variation de charge est app liquée à l’entrée de l’amplificateur de charge (Charge - to - Voltage : C2V). La particularité de cette architecture est que le C2V est partagé entre les trois axes, ce qui permet une réduction de surface et de puissance consommée. Cependant, étant donné que l e circuit ainsi que l’électrode mobile (commune aux trois axes du MEMS) sont partagés, on ne peut mesurer qu’un seul axe à la fois. Ainsi, pendant la phase d'amortissement, une tension de commande, calculée pendant les phases de mesure précédentes, est ap pliquée sur les électrodes d'excitation du MEMS. Cette tension de commande représente la différence entre deux échantillons successifs de la tension de sortie du C2V et elle est mémorisée et appliquée trois fois sur les électrodes d’excitation pendant la m ême période d’échantillonnage. Afin d’étudier la faisabilité de cette technique, des modèles mathématiques, Matlab - Simulink et VerilogA ont été développés. Le principe de fonctionnement basé sur l’amortissement électrostatique simultané a été validé grâce à ces modèles. Deux approches consécutives ont été considérées pour valider expérimentalement cette nouvelle technique : dans un premier temps l’implémentation du circuit en éléments discrets associé à un accéléromètre sous vide est présentée. En perspecti ve, un accéléromètre sera intégré dans la même cavité qu’un gyromètre, les capteurs étant instrumentés à l’aide de circuits CMOS intégrés. Dans cette cadre , la conception en technologie CMOS 0.18μm de l’interface analogique d’amortissement est présentée et validée par simulation dans le manuscrit.

Abstract

Recently, consumer electronic s industry has known a spectacular growth that would have not been possible without pushing the integration barrier further and further. M icro Electro Mechanical Systems (M EMS ) inertial sensors (e.g. accelerometers, gyroscopes) provide high performance, lo w power, low die cost solutions and are, nowadays, embedded in most consumer applications. In addition, the sensors fusion has become a new trend and combo sensors are gaining growing popularity since the co - integration of a three - axis MEMS acceleromete r and a three - axis MEMS gyroscope provide s complete navigation information. The result ing device is an Inertial measurement unit (IMU) able to sense multiple Degrees of Freedom ( DoF ) . Nevertheless, t he performances of the accelerometers and the gyroscope s are conditioned by the MEMS cavity pressure: the accelerometer is usually a damped system functioning under an atmospheric pressure while the gyroscope is a highly resonant system. T hus, t o conceive a combo sensor, a unique low cavity pressure is require d. The integration of both transducers within the same low pressure cavity necessitates a method to control and reduce the ringing phenomena by increasing the damping factor of the MEMS accelerometer. Consequently , the aim of the thesis is the design of a n analog front - end interface able to sense and control an underdamped three - axis MEMS accelerometer. This work proposes a novel closed - loop accelerometer interface achieving low power consumption . The design challe nge consists in finding a trade - off betwee n the sampling frequency, the settling time and the circuit complexity since the sensor excitation plates are multiplexed between the measurement and the damping phases. In this context, a patented damping sequence (simultaneous damping) has been conceived to improve the damping efficiency over the state of the art approach performances (successive damping). To investigate the feasibility of the novel electrostatic damping control architecture, several mathematical models have been developed and the settli ng time method is used to assess the damping efficiency. Moreover, a new method that uses the multirate signal processing theory and allows the system stability study has been developed. This very method is used to conclude on the loop stability for a cert ain sampling frequency and loop gain value. Next, a CMOS implementation of the entire accelerometer signal chain is designed. The functioning has been validated and the block may be further integrated within an ASIC. Finally, a discrete components system is designed to experimentally validate the simultaneous damping approach.

Mots-Clés / Keywords
Electrostatic damping; Inertial sensors; MEMS; Microelectronics; Amortissement électrostatique; Capteurs inertiels; Microélectronique;

140253
17122
26/04/2017

Optimisation de blocs constitutifs d’un convertisseur A/N pipeline en technologie CMOS 0.18µm pour utilisation en environnement spatial

L.PERBET

OSE

Doctorat : INP de Toulouse, 26 Avril 2017, 196p., Président: J.D.LEGAT, Rapporteurs: Y.DEVAL, P.NOUET, Examinateurs: O.BERNAL, Directeur de thèse: H.TAP , N° 17122

Lien : https://hal.laas.fr/tel-01524918

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Abstract

Imaging is a major issue in the observation of the Universe and the Earth from space, whether in the visible domain or not. Thus, in the spatial field, data is often gathered by a CCD (charge-Coupled Device) sensor, that supplies analog voltages to an Analog-to-Digital Converter (ADC), which outputs will be delivered to a processing chain, and then sent to earth. Consequently, ADCs are key elements in satellite imaging. Their precision and speed will indeed define the quality and the representativeness of the binary signal. It is then crucial to perform a high quality (speed & precision) conversion of the data, while making sure that the ADC can cope with the harsh irradiative environment. The purpose of this thesis is to improve the robustness to the space environment (hardening), while optimizing the performances, of several elementary devices that compose a 14 bits, 5MS/s pipeline ADC, made with the XFAB 180nm technology. The three targeted functions are the switches (especially the problems linked to coping with the charge injection problems in a space environment), the comparators (hardening) and the switched-capacitor amplifier (gain boosting through a predictive architecture with no penalty on the power consumption).

Résumé

L’imagerie constitue un axe majeur de l’exploration de l’univers et de la Terre depuis l’espace, que l’on se trouve dans le domaine du visible ou non. Ainsi dans le domaine spatial, les données sont le plus souvent récupérées par un capteur CCD (Charge-Coupled Device, ou Dispositif à Transfert de Charge (DTC)) qui fournit des tensions analogiques vers un convertisseur analogique-numérique (CAN), dont la sortie sera transmise à une chaîne de traitement, puis envoyée sur terre. Ainsi, les CAN sont des éléments clés dans l’imagerie par satellite. De leur précision et de leur vitesse va dépendre la qualité de la représentativité de la chaîne de signaux binaires. Il est donc crucial de réaliser une conversion de données de grande qualité (vitesse, précision) tout en s’assurant de la résistance du CAN à l’environnement radiatif. L’objectif de cette thèse est d’améliorer la robustesse à l’environnement spatial, tout en optimisant les performances, de plusieurs fonctions élémentaire d’un convertisseur analogique-numérique de type pipeline 14bits, 5MS/s, réalisées en technologie XFAB 0,18μm. Les trois fonctions ciblées sont les interrupteurs (notamment la résolution des problèmes liés au phénomène d’injection de charges en environnement spatial), les comparateurs (durcissement) et l’amplificateur à capacités commutées (amélioration du gain par une technique prédictive sans pénaliser la puissance consommée).

Mots-Clés / Keywords
Amplificateur; ASIC; CMOS; Comparateur; Convertisseur analogique-numérique; Environnement spatial; Interrupteur;

139793
17217
01/03/2017

New insights on fractures deformation from tiltmeter data measured inside the Fontaine de Vaucluse karst system

N.LESPARRE, F.BOUDIN, C.CHAMPOLLION, J.CHERY, HC.SEAT, M.CATTOEN, F.LIZION, L.LONGUEVERGNE

Geoscience, CNRS, ENS Paris, OSE, IDEA, Geosciences, Rennes

Revue Scientifique : Geophysical journal international, Vol.208, N°3, pp.1389-1402, Mars 2017 , N° 17217

Lien : https://hal-insu.archives-ouvertes.fr/insu-01408482

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Abstract

Tilt fluctuations can potentially reflect the response of hydrosystems to important rainfall. In this context, long baseline tiltmeters have been installed in an underground tunnel penetrating the Fontaine de Vaucluse karst to study the medium deformation related to solicitations exerted by water infiltrating the hydrosystem. The instruments monitor the tilt as well as its spatial variation. Northward tilts reaching a 1 μrad amplitude are observed consecutively to rainfalls. The tilt amplitude is highly correlated with the Fontaine de Vaucluse outlet flow fluctuations. The measured tilt signal is also relatively homogeneous over a 150 m length. Different types of structure likely to produce such observations are tested in order to identify their location with respect to the tiltmeters, their dimension as well as the amount of water level variation in the structure. Following rainfalls, the infiltration of water modifies the pore pressure, inducing a medium deformation. The hypothesis of an homogeneous surface loading on the Vaucluse plateau is first refuted since the related tilt is much lower than the one measured. The water supplied by rainfalls has to accumulate in discontinuities in order to generate a higher tilt. So, the deformation related to a pressure exerted on a fracture filled by water is assessed. A first study reveals the interest of the tilt homogeneity information that constrains strongly the fracture properties. Thus, the fracture must be located at a distance more than a few hundreds metres from the tiltmeters in order to produce a tilt homogeneous in space. If the fracture is initially dry, it must also be filled on a height higher than 150 m consecutive to a rainfall in order to generate a tilt amplitude in the same magnitude as the one measured. Then, we explore the influence of water level variations on the tilt produced by a fracture located at the interface between the saturated and unsaturated zones, which are thereby permanently flooded. Since several parameters of that model satisfactorily explain the field observations, we discuss how simultaneous geodetical observations could provide complementary information that would further constrain the geometry of the structure at the origin of the medium deformation.

140460
16583
05/12/2016

Hardware implementation of metric algorithms for a self-mixing laser interferometric sensor

S.AMIN, U.ZABIT, T.HUSSAIN, O.BERNAL

Riphah, OSE

Manifestation avec acte : International Multi-Topic Conference ( INMIC ) 2016 du 05 décembre au 06 décembre 2016, Islamabad (Pakistan), Décembre 2016, 6p. , N° 16583

Lien : https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01474819

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Abstract

Self-mixing interferometry (SMI) has been widely used for sensing of diverse vibration, velocity, displacement, biomedical and flow applications. The simplicity of the SMI configuration enables the design of a low-cost, self-aligned and compact sensor with a small optical component count. SMI occurs when a small portion of emitted coherent optical beam is backscattered by the remote target and re-enters the laser cavity, causing interference. Under SMI, the employed laser diode simultaneously acts as a laser source, coherent detector, as well as micro-interferometer. This simple sensor design configuration, however, comes at a price of complex signal processing algorithms, because the SMI signals have rich characteristics as a function of optical feedback level. The purpose of this research work is to implement two of these algorithms, time-frequency signal processing (TFSP) and Consecutive samples based Unwrapping (CSU) in hardware so that real-time displacement and vibration measurements with nanometric precision can be retrieved from the SM sensor in an embedded, autonomous manner. We implemented and tested both algorithms on a Xilinx ZYBO Zynq 7000 development board using VHDL. Results show that our design of CSU algorithm is capable of operating at 432 MHZ minimum clock frequency and latency of 3 clock cycles. Our CSU design consumes 159 slice registers and 215 LUT's, and draws 0.70 watts of onboard power. While the design of TFSP algorithm is capable of operating at 363.3 MHZ clock frequency and latency of 570k clock cycles. TFSP design consumes 5056 slice registers and 5192 LUT's, and draws 0.8 watts of onboard power.

139933
16534
30/10/2016

A multimode fiber refractive index sensor

H.APRIYANTO, G.RAVET, O.BERNAL, M.CATTOEN, F.LIZION, HC.SEAT, V.CHAVAGNAC

OSE, IDEA, GET- UMR 5563

Manifestation avec acte : IEEE SENSORS 2016 du 30 octobre au 02 novembre 2016, Orlando (USA), Octobre 2016, 3p. , N° 16534

Lien : https://hal.laas.fr/hal-01460075

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Abstract

We present a simple refractive index sensor based on multimode fibers realized by stripping three different lengths of cladding. We theoretically explain and experimentally validate three mechanisms occurring in the multimode fiber for sensing surrounding refractive index. This sensor has been demonstrated at 1550 nm for a wide range of refractive index variation from 1.3164 to 1.608. Our sensor is very sensitive for measuring refractive index values lower than but close to the refractive index value of the fiber core.

139057
16156
01/10/2016

Optical feedback interferometry for microscale-flow sensing study: numerical simulation and experimental validation

Y.ZHAO, J.PERCHOUX, L.CAMPAGNOLO, T.CAMPS, R.ATASHKHOOEI, V.BARDINAL

MICA, OSE, UPC

Revue Scientifique : Optics Express, Vol.24, N°21, 23849p., Octobre 2016 , N° 16156

Lien : https://hal.laas.fr/hal-01446494

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Abstract

Optical feedback interferometry (OFI) performance for microscale-flow sensing is studied theoretically and experimentally. A new numerical modeling approach for OFI flow meter spectrum reproduction is presented in this work to study the optical effect on the signal due to the micro-scale channel geometry. Two well-defined frequency peaks are found in the OFI spectrum, this phenomenon can be attributed to the reflection of the forward scattered light on the channel rear interface. The flow rate measurement shows good accuracy over a range of fluid velocities from 16.8 mm/s to 168 mm/s, thus providing a promising tool to study and to optimize the OFI microfluidic sensor system.

138156
16367
29/09/2016

Implementation of optical feedback interferometry for sensing applications in fluidic systems

E.E.RAMIREZ MIQUET

OSE

Doctorat : INP de Toulouse, 29 Septembre 2016, 139p., Président: A.HUMEAU HEURTIER, Rapporteurs: E.LACOT, A.LE DUFF, Examinateurs: K.LOUBIERE, Directeurs de thèse: J.PERCHOUX, O.SOTOLONGO COSTA, Membre invité: T.BOSCH , N° 16367

Lien : https://hal.archives-ouvertes.fr/tel-01389536

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Résumé

L'interférométrie par réinjection optique est une technique de mesure dont l'implémentation pour l'interrogation de systèmes fluidiques est assez récente. Le principe de mesure est basé sur la perturbation des paramètres d'émission du laser induite par la réinjection dans la cavité laser de lumière rétro - diffusée par une cible distante. La technique p ermet le développement de capteurs compact et non - invasifs qui mesurent différents paramètres liés aux déplacements de la cible. En particulier, les interféromètres par réinjection optique prennent avantage de l'effet Doppler pour mesurer la vitesse de tra ceurs dans les liquides en écoulement. Cet aspect important de la technique de réinjection optique la rend adaptée à une grande variété d'applications dans les domaines du génie chimique et du biomédical où un contrôle des écoulements est requis. Cette thè se présente l'implémentation de capteurs basés sur la réinjection optique pour différents systèmes fluidiques où la vitesse locale d'écoulement ou le débit sont directement mesurés. Nous présentons une étude centrée sur les applications où la réinjection o ptique est utilisée pour la mesure du débit à la micro - échelle avec en particulier une analyse de la robustesse des méthodes de traitement du signal propres aux régimes de diffusion simple et de diffusion multiple. Par ailleurs, nous présentons des résulta ts expérimentaux de mesures ex vivo où le capteur par réinjection optique est proposé comme alternative pour la myographie. Nous présentons également une implémentation temps réel pour l’estimation du débit instantané d'écoulements dynamiques dans une conf iguration milli - fluidique. Un système semi - automatisé de détection de particule unique dans un micro - canal est proposé et démontré. Enfin, un capteur basé sur la réinjection optique est implémenté pour la caractérisation des interactions entre deux fluides immiscibles en écoulement à micro - échelle et les mesures réalisées sont comparées à un modèle développé afin de décrire le comportement hydrodynamique des deux fluides dans un micro - réacteur. Le manuscrit décrit une contribution importante pour l'implémen tation de capteur par réinjection optique pour des applications fluidiques et en particulier micro - fluidiques. Il présente également des résultats expérimentaux remarquables qui ouvrent de nouveaux horizons pour l'interférométrie à réinjection optique.

Abstract

Optical feedback interferometry is a sensing technique with relative recent implementation for the interrogation of fluidic systems. The sensing principle is based on the perturbation of the laser emission parameters induced by the reinjection in the laser cavity of light back-scattered from a distant target. The technique allows for the development of compact and non-invasive sensors that measure various parameters related to the motion of moving targets. In particular, optical feedback interferometers take advantage of the Doppler effect to measure the velocity of tracers in flowing liquids. These important features of the optical feedback interferometry technique make it well-suited for a variety of applications in chemical engineering and biomedical fields, where accurate monitoring of the flows is needed. This thesis presents the implementation of optical feedback interferometry based sensors in multiple fluidic systems where local velocity or flow rate are directly measured. We present an application-centered study of the optical feedback sensing technique used for flow measurement at the microscale with focus on the reliability of the signal processing methods for flows in the single and the multiple scattering regimes. Further, we present experimental results of ex vivo measurements where the optical feedback sensor is proposed as an alternative system for myography. In addition we present a real-time implementation for the assessment of non-steady flows in a millifluidic configuration. A semi-automatized system for single particle detection in a microchannel is proposed and demonstrated. Finally, an optical feedback based laser sensor is implemented for the characterization of the interactions between two immiscible liquid-liquid flowing at the microscale, and the measurement is compared to a theoretical model developed to describe the hydrodynamics of both fluids in a chemical microreactor. The present manuscript describes an important contribution to the implementation of optical feedback sensors for fluidic and microfluidic applications. It also presents remarkable experimental results that open new horizons to the optical feedback interferometry.

Mots-Clés / Keywords
Optical feedback interferometry; Laser diodes; Microfluidics; Flow measurement; Doppler effect; Interférométrie par réinjection optique; Diode laser; Micro-fluidique; Mesure de débit; Effet doppler;

137973
16586
20/09/2016

Analysis of the different signal acquisition schemes of an optical feedback based laser diode interferometer

J.AL ROUMY

OSE

Doctorat : INP de Toulouse, 20 Septembre 2016, 182p. , N° 16586

Lien : https://hal.archives-ouvertes.fr/tel-01418472

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Abstract

The optical feedback interferometry phenomenon occurs when a portion of the output optical power is back-scattered from a remote target and coupled into the laser cavity to vary the laser’s emission properties (frequency and power mostly). Thus, this scheme results in a compact, self-aligned and contact-less interferometric sensor. Recent applications of optical feedback interferometer in the domains of microfluidics or acoustics have shown promising results and open new fields of researches. However in these applications, the amplitude of the sensing signal is extremely small due to the weakness of the backscattered power changes that are measured. In this thesis, an analytical model that describes the laser injection current and temperature dependence of the optical feedback interferometry signal strength for a single-mode laser diode has been derived from the Lang and Kobayashi rate equations. The model has been developed for all the known signal acquisition methods of the optical feedback interferometry scheme: from the package included monitoring photodiode, by collection of the laser power with an external photodetector and by amplification of the variations in the laser junction voltage. The model shows that both the photodiodes and the voltage signals strengths are related to the laser slope efficiency, which itself is a function of the laser injection current and of the temperature. Moreover, the model predicts different behaviors of the photodiodes and the voltage signal strengths with the change of the laser injection current and the temperature; an important result that has been proven by conducting measurements on all three signals for a wide range of injection current and temperature. Therefore, this simple model provides important insights into the radically different biasing strategies required to achieve optimal sensor sensitivity for the different interferometric signal acquisition schemes. In addition, the phase and amplitude relationships between the external and the in-package photodiode signals have been investigated theoretically and experimentally demonstrating unexpected results. Based on our model and on experimental observations, a critical study has been performed on the impact of the combination of the three signals in the signal processing strategy in order to improve the sensor sensibility to low amplitude optical feedback.

Résumé

Le phénomène d’interférométrie par réinjection optique se produit lorsqu’une portion de la puissance optique du laser est rétrodiffusée par une cible distante puis réinjectée dans la cavité laser ce qui affecte les propriétés d’émission du laser (fréquence et puissance en particulier). Ce principe résulte alors en un capteur interférométrique compact, auto-aligné et sans contact. Des applications récentes des capteurs par réinjection optique dans les domaines de la microfluidique et de l’acoustique ont montré des résultats prometteurs et ouvert de nouveaux domaines de recherche. Pourtant, dans le cadre de ces applications, l’amplitude du signal est extrêmement faible à cause de la faible amplitude des variations de la puissance rétrodiffusée qui est mesurée. Dans cette thèse, un modèle analytique décrivant la dépendance de l’amplitude du signal issu d’une diode laser monomode au courant d’injection et à la température est développé à partir des équations d’évolution de Lang et Kobayashi. Le modèle a été développé pour toutes les méthodes connues d’acquisition du signal interférométrique par réinjection optique : par la photodiode de monitoring incluse dans le boîtier de la diode laser, par la captation de la puissance optique au moyen d’un photodétecteur externe et par l’amplification de la tension aux bornes de la diode laser elle-même. Le modèle démontre que les signaux des photodiodes et de la tension sont liés à l’efficacité externe de la diode laser, qui elle-même est fonction du courant injecté et de la température. Qui plus est, le modèle prédit une évolution très différente de l’amplitude de ces différents signaux en fonction du courant d’injection ou de la température. Un résultat remarquable, confirmé par une campagne de mesures pour ces trois types de signaux sur une large plage de courants d’injection et de températures. Ainsi ce modèle simple permet une compréhension nouvelle des stratégies de polarisation très différentes de la diode laser permettant d’obtenir une sensibilité optimale du capteur dans les différents schémas d’acquisition du signal. Par ailleurs, les relations entre la phase et l’amplitude des signaux issus des photodiodes externes et de monitoring ont été étudiées sur le plan théorique et expérimental ce qui a permis de révéler des résultats inattendus. À partir du modèle et basé sur des observations expérimentales, une étude critique a été menée sur l’impact de la combinaison des trois signaux dans la stratégie de traitement du signal afin d’améliorer la sensibilité du capteur aux réinjections optiques de faible amplitude.

Mots-Clés / Keywords
Modélisation; Equations d'évolution; Capteur; Interférométrie par réinjection optique; Diode laser;

140073
16372
01/08/2016

Optical feedback interferometry for velocity measurement of parallel liquid-liquid flows in a microchannel

E.E.RAMIREZ MIQUET, J.PERCHOUX, K.LOUBIERE, C.TRONCHE, L.PRAT, O.SOTOLONGO-COSTA

OSE, LGC, I2C, UAEM

Revue Scientifique : Sensors, Vol.16, N°8, 1233p., Août 2016 , N° 16372

Lien : https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01382068

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Abstract

Optical feedback interferometry (OFI) is a compact sensing technique with recent implementation for flow measurements in microchannels. We propose implementing OFI for the analysis at the microscale of multiphase flows starting with the case of parallel flows of two immiscible fluids. The velocity profiles in each phase were measured and the interface location estimated for several operating conditions. To the authors knowledge, this sensing technique is applied here for the first time to multiphase flows. Theoretical profiles issued from a model based on the Couette viscous flow approximation reproduce fairly well the experimental results. The sensing system and the analysis presented here provide a new tool for studying more complex interactions between immiscible fluids (such as liquid droplets flowing in a microchannel).

138003
16562
26/06/2016

3-axis high Q MEMS accelerometer with simultaneous damping control

L.CIOTIRCA, O.BERNAL, H.TAP, J.ENJALBERT, T.CASSAGNES

OSE, NXP -Semiconductors

Manifestation avec acte : IEEE International New Circuits and Systems Conference ( NEWCAS ) 2016 du 26 juin au 29 juin 2016, Vancouver (Canada), Juin 2016, 4p. , N° 16562

Lien : https://hal.laas.fr/hal-01488286

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Abstract

The increasing demand of consumer market sensors involves a continuous development for the die size, cost and performances. In this context, the integration of both a 3-axis MEMS accelerometer and a gyroscope within the same low pressure cavity becomes attractive. Such a packaging results in MEMS with high quality factor Q, which reduces Brownian noise, thereby improving the achievable precision. However, contrary to gyroscopes, in such a configuration, the MEMS accelerometers need to be damped prior to measurement. Therefore, this paper presents a new damping control architecture for such high Q capacitive accelerometers. Damping is ensured by inserting electrostatic force feedback (EFF) phases between measurement phases. By simultaneously damping 3 axis of acceleration, the transducer settling time is improved. Model simulations results prove damping efficiency and figure out a tradeoff between system sampling frequency and circuit complexity.

139324
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