Academic literature on the topic 'Ondes acoustiques de surface (SAW)'

A prototype circuit for potential optical integration was developed and evaluated for the generation of frequency-shift keyed (FSK) signals by simultaneously exploiting surface-acoustic wave (SAW) technology and the optical response of the GaAs field-effect transistor (FET).A SAW delay line to be utilized in the feedback path of an oscillator circuit was designed for operation at the fundamental frequency of 111 MHz and operated at its 12th harmonic (1.33 GHz). A low-noise FET was incorporated into the circuit in series with the SAW delay, and a low-power He:Ne laser was focussed through an optical modulator onto the FET structure. The gate bias, which controls the phase shift in the feedback loop of the oscillator, was applied via the open-circuit photovoltage induced at the Schottky-barrier junction of the FET.The optical modulator was driven by a pseudorandom bit generator to obtain FSK generation by the oscillator circuit. Results of the frequency spectrum of the oscillator signal as a function of bit rate and light intensity on the FET were obtained. The successful performance of the circuit indicated that integration of all these elements on GaAs would yield a useful device for FSK signal generation.Un prototype de circuit pour intégration optique potentielle a été développé et évalué pour la génération de signaux FSK (frequency-shift keyed), en exploitant simultanéement la technologie des ondes acoustiques de surface et la réponse optique du transistor GaAs à effet de champ.

Résumé Cet article présente un débitmètre à ultrasons conçu en tant que capteur intelligent pour la mesure des écoulements en surface libre ou en conduites fermées. Ce type de débitmètre peut être utilisé pour des applications industrielles ou de gestion de l’eau. Il répond à la forte demande des autorités de supervision des ressources en eau dans les régions semi-arides d’agriculture irriguée. Un état de l’art et les principes généraux des mesures de débits de liquide par ultrasons sont donnés. Le débitmètre original proposé utilise le principe de la mesure des délais entre les impulsions envoyées vers l’amont et vers l’aval dans le fluide. L’approche repose sur la mesure de la différence du temps de transit des ondes acoustiques sur une ou plusieurs cordes de mesure, réparties sur un intervalle suffisant, de manière à assurer la précision requise. Cette méthode permet une véritable intégration du profil des vitesses, ce qui assure une meilleure précision. La vitesse du son dans le fluide est éliminée des calculs grâce à l’utilisation des temps de transmission réciproques. Les calculs de débit sont assurés par un micro-contrôleur. Les calculs théoriques et les technologies proposées ont donné lieu à la réalisation d’un prototype expérimental. Une première application de ce débitmètre à ultrason est réalisée en laboratoire en conduite fermée dans une installation d’essai comportant une seule paire de transducteurs à ultrason. Une seconde application expérimentale est menée sur un banc d’essai comprenant un canal artificiel de forme trapézoïdale de dimensions géométriques bien déterminées avec une pente variable. Ces tests ont permis de vérifier la précision de l’appareil et de valider les techniques et les principes mis en oeuvre dans la conception du débitmètre.

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 ppm<br>Measuring 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

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 biologique<br>The 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

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’interférents<br>Recently, 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

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.

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 réfractaires<br>In 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

Ce travail a pour thème l'étude de dispositifs SAW à structure multicouche, à savoir, le dépôt de couches minces d'AlN et de diamant et le développement de procédés technologiques nécessaires pour la réalisation de ces dispositifs. Concernant les procédés technologiques, nous avons développé des outils nécessaires pour la réalisation des dispositifs SAW en optimisant les paramètres expérimentaux relatifs à ces procédés. Concernant la croissance de films diamant réalisée par MPACVD, nous avons pu optimiser ce dépôt afin d'obtenir des films présentant les propriétés requises pour les dispositifs SAW. Concernant le dépôt de couches d'AlN réalisé par pulvérisation réactive magnétron, nous avons étudié la croissance afin d'obtenir des couches piézoélectriques orientées (002). Nous avons réalisé des dispositifs à base des structures AlN/Si, AlN/saphir et AlN/diamant, et on a pu montrer l'influence du substrat de la structure multicouche sur de la vitesse des ondes acoustiques de surface<br>The aims of this work were to study the layered structure SAW devices AlN/diamond and the deposition of AlN and diamond films. Also, this work consist to develop a technologic process necessaries to realise SAW devices. Concerning the technologic process, we have developed a necessaries tools to accomplish a SAW devices by optimisation the experimental parameters relatives of these process. Concerning the growth of diamond films by MPACVD method, we have studied and optimised this deposition in order to obtain diamond films with required properties to utilise it in layered structure SAW devices. Concerning AlN thin films realised by reactive magnetron sputtering, we have studied and optimised the deposition to obtain a piezoelectric films oriented c-axis perpendicular to the surface. We have realised a layered structures SAW devices based on AlN/Si, AlN/saphir and AlN/diamond, and we have show the influence of substrate of layered structure on propagation velocity of SAW

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 sensible<br>Surface 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

Ces travaux de thèse visent à étudier les propriétés élastiques et thermiques des films minces microstructurés par la technique GLAD (GLancing Angle Deposition). Cette technique propose des structurations et des architectures originales favorisant la porosité et les comportements anisotropes. L'accent est mis sur les corrélations entre la forme structurale des films minces en colonnes et leurs propriétés anisotropes. Les mesures de la propagation des ondes acoustiques de surface sont effectuées avec une plateforme pompe sonde hétérodyne femtoseconde. L'influence des différents paramètres et procédés de dépôt à la fois sur l'évolution de la structure des films minces et sur la propagation des ondes élastiques, ont été étudiés. Les paramètres expérimentaux jouent un rôle fondamental sur la forme des colonnes et leur angle de croissance. Un facteur clé jouant sur l’anisotropie des ondes élastiques de surface est la section plus ou moins elliptique des colonnes. Les simulations numériques confirme que la forme de cette section et la porosité jouent un rôle primordial sur la dispersion et la propagation anisotrope des ondes élastiques.Des caractérisations thermiques ont également été effectuées sur les films microstructurés GLAD par la méthode 3 omega et par la technique de thermoréflectance avec le banc de mesure pompe sonde femtoseconde. Des conductivités thermiques considérablement réduites ont été mesurées à température ambiante pour les films GLAD en W. Une anisotropie thermique, plus importantepour les films les plus épais, a été trouvée. Cette caractérisation anisotrope en termes de conductivité thermique a été reliée à la microstructuration anisotrope des films, crée lors de dépôt GLAD<br>This Phd work aims to study the elastic and thermal properties of microstructured thin films deposited by the GLAD technique (GLancing Angle Deposition). This technique leads to original structures and architectures promoting porosity and anisotropic behaviors. Emphasis is put on the correlations between the structural shape of columnar thin films and their anisotropic properties. The measurements of the acoustic waves propagation are performed with a femtosecond heterodyne pump probe setup. The influence of the different parameters and deposition methods both on the evolution of thin films structures and on the propagation of surface acoustic waves were studied. The experimental parameters play a key-role on the shape of the columns and their angle of inclination.The ellipticity of the column cross-sections is a key factor on the anisotropy of the surface acoustic waves. Numerical simulations confirm that the shape of this section and the porosity play a primary role in the dispersion and the anisotropic propagation of elastic waves.Thermal characterizations were also carried out on GLAD microstructured films by the 3 omega method and by the thermoreflectance technique with the femtosecond pump probe setup. Considerably reduced thermal conductivities were measured at room temperature for GLAD W films. A thermal anisotropy, more important for thicker films, was found. This anisotropic characterization in terms of thermal conductivity was linked to the anisotropic microstructuring of the films, created during GLAD deposition

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 fréquences<br>The 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