Microtechnologies au service de la métrologie : une nouvelle référence de tension alternative de haute stabilité pour l’instrumentation de haute précision et les systèmes embarqués

 

 

 

Une référence de haute stabilité pour les mesures électriques de tension alternative utilisant un système micro électromécanique (MEMS) a été démontrée par le laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS, Toulouse) et le laboratoire national de métrologie et d'essais (LNE, Paris). Ces résultats, uniques par leurs performances, rendent utilisables ces dispositifs dans de nombreuses applications comme la métrologie électrique ou l’instrumentation de haute précision. La taille microscopique de ce dispositif permet son application à tous les systèmes embarqués ou mobiles. Son intérêt est également de pouvoir rapidement être fabriqué industriellement à très faible coût. De plus, il s’agit d’une première pour les tensions alternatives, pourtant très communes dans notre vie quotidienne.

Toute mesure nécessite une comparaison à une référence pour garantir sa valeur. Celle-ci doit être aussi précise que possible et, surtout, invariante dans le temps pour fiabiliser la mesure. La stabilité de la tension des MEMS a été mesurée sur plus de 150 heures avec une fluctuation inférieure au millionième à 50 et 100 kHz. Les essais à plusieurs centaines de kHz sont également très prometteurs. La dépendance en température est dix fois plus petite que celle rapportée antérieurement, permettant ainsi de s’affranchir de plateforme de stabilisation thermique sophistiquée.

Actuellement, les seules références de tensions alternatives sont générées par des réseaux de jonctions Josephson utilisées comme un convertisseur analogique-numérique programmable. Ces composants en cours de développement présentent des limites comme une tension maximum de 10 Volt, le besoin d’un environnement cryogénique et une bande de fréquence limitée par les techniques d'échantillonnage. Les meilleures incertitudes d’étalonnage des tensions alternatives avec la conversion AC-DC thermiques restent limitées en bande de fréquence jusqu'à 100 kHz.

Le principe de précision de la mesure et de sa fiabilité dans le temps sous-tend le domaine de la métrologie et la science de la mesure. Leurs applications, bien que souvent invisibles aux yeux du grand public, supportent l’appréhension des phénomènes, mais également, améliorent la précision des systèmes que nous sommes tous conduits à utiliser.

 

 

Référence de tension alternative à base de MEMS.

Photo : Philippe Stroppa / LNE.

À propos du LAAS-CNRS

Le LAAS (laboratoire d’analyse et d’architecture des systèmes), un des grands laboratoires de recherche de l’institut INSIS du CNRS, compte 650 personnes et 20 groupes de recherche. En association avec l’Université de Toulouse, il mène des recherches en sciences et technologies de l’information, de la communication et des systèmes dans quatre grands domaines : les micro et nano systèmes, la modélisation, l’optimisation et la commande des systèmes, les systèmes informatiques critiques, la robotique et l’intelligence artificielle.

À propos du LNE

Le LNE (Laboratoire national de métrologie et d'essais), EPIC* de 800 personnes, apporte une réponse globale aux enjeux économiques et sociétaux des entreprises et institutions en déclinant 5 activités (recherche ; étalonnages et conseil en métrologie ; essais et analyses ; certification ; formation) articulées autour de son cœur de métier : les mesures et références. Depuis janvier 2005, il pilote la métrologie française avec l'aide du comité de la métrologie.

*Etablissement public à caractère industriel et commercial

 

• Microcomposants électromagnétiques pour la realisation de réfrences de tension en courant alternatif. A. Bounouh1, F. Blard1,2, H. Camon2, D. Bélières1 et F. Ziade1. Revue française de métrologie, n°25 (volume 2011-1), juillet 2011.
• http://www.metrologie-francaise.fr/fr/publications/RFM/articles-2011.asp
• Very high stability achievement in MEMS based AC voltage references. F. Blard1,2, A. Bounouh2, D. Bélières1, and H. Camon2. MEMS2011, Cancun (Mexique), 23-27/01/2011. http://ieeexplore.ieee.org/xpls/abs_all.jsp?arnumber=5734510&tag=1

1LNE, 2LAAS-CNRS

Chercheur LAAS-CNRS   l  Henri Camon  l  T 05 61 33 64 67  l  camon@laas.fr

Chercheur LNE   l  Alexandre Bounouh  l  T 01 30 69 21 51l alexandre.bounouh@lne.fr

Presse LAAS CNRS  l  Anne Mauffret  l  T 06 88 19 68 61  l  anne.mauffret@laas.fr