Menu

La nouvelle technologie innovante LoadSensor

La technologie des capteurs est l’un des composants les plus importants de l’Internet des objets (IdO): l’information sensorielle est cruciale pour rendre les produits plus intelligents. Sur le marché industriel, en particulier, il est capital de concevoir des capteurs qui répondent aux spécifications du client et d’adapter leur design à ses exigences. La technologie innovante LoadSensor de Pewatron et Angst+Pfister en est un bon exemple.

 

La technologie des capteurs est l’un des composants les plus importants de l’Internet des objets (IdO): l’information sensorielle est cruciale pour rendre les produits plus intelligents. Sur le marché industriel, en particulier, il est capital de concevoir des capteurs qui répondent aux spécifications du client et d’adapter leur design à ses exigences. La technologie innovante LoadSensor de Pewatron et Angst+Pfister en est un bon exemple.

Les grandeurs de mesure déterminées par un capteur dépendent des applications et des différentes technologies employées. La gamme de capteurs disponibles sur le marché est donc large et variée. La technologie des capteurs dans les applications grand public diffère en général nettement de celle des applications industrielles. Le marché grand public est dominé par les grands fabricants de capteurs. Le secteur industriel est beaucoup plus intéressant pour nous: il présente de nombreuses niches dans lesquelles les capteurs n’existent souvent qu’en une seule version depuis plusieurs années. L’ensemble du marché des capteurs est de l’ordre de plusieurs centaines de milliards et connaît une croissance annuelle de 5 à 10%. Cependant, il est aussi très hétérogène et segmenté, car il existe des centaines de grandeurs de mesure et d’innombrables applications.
 

Capteurs pour la mesure de la force

L’une des grandeurs physiques les plus importantes et les plus répandues est la force. En principe, un poids peut également être mesuré avec n’importe quel capteur de force. Le poids peut en effet être calculé à partir de la force et de l’accélération terrestre.

Il convient cependant de noter que la force et l’accélération terrestre sont des vecteurs.

Cela signifie que les angles doivent également être pris en compte. Dans la pratique, cela pose un problème dans de nombreuses applications. Si la force n’est pas appliquée de manière parfaitement verticale sur le capteur, cela influence la mesure. C’est le même principe avec un pèse-personne: si vous déplacez votre poids sur la balance, la valeur mesurée change – un effet que tout le monde a certainement déjà observé.

Si un poids ou une masse doit être déterminé(e) avec précision, il faut tenir compte des relations vectorielles. Cela semble simple, mais dans la pratique, ce n’est pas toujours facile, et la mise en oeuvre exige souvent des constructions complexes. Prenons l’exemple de l’une des technologies de capteurs les plus courantes et les plus anciennes, qui peut être exploitée électroniquement: la jauge de contrainte. La jauge de contrainte développée en 1938 est composée d’une résistance électrique qui change de valeur lorsqu’elle est étirée ou comprimée. Grâce à ce principe simple et à sa production à faible coût, la jauge de contrainte s’est imposée sur le marché et est aujourd’hui l’un des capteurs les plus fréquemment utilisés. Néanmoins, d’autres principes de mesure de force se sont établis en parallèle de la jauge de contrainte. L’un des inconvénients majeurs des jauges de contrainte est certainement la relation vectorielle décrite ci-dessus. Selon l’utilisation voulue, il peut être très coûteux de «dévier» correctement la force à mesurer afin d’obtenir un allongement de la résistance. Sur un pèse-personne, par exemple, cela se fait très facilement. Et cela se reflète notamment dans le prix de ce produit grand public, surtout si la précision n’est pas le critère principal. Les balances de haute précision sont généralement basées sur d’autres principes, tels qu’une boucle de régulation inductive. C’est sur ce principe que reposent la plupart des systèmes de pesée haute précision de la célèbre entreprise américaine basée en Suisse. Pour d’autres applications, pour lesquelles la déviation de la force n’est pas facile à réaliser, les coûts de fabrication de la conception mécanique dépassent souvent de plusieurs fois le coût du capteur en lui-même. D’autres principes de mesure sont alors nécessaires, car les coûts de fabrication de conceptions complexes ne peuvent généralement être réduits que dans une mesure limitée, même pour les grandes séries.

 

 

Moins il y a de pièces mécaniques et plus le coût est faible

Le bon vieux magnétoscope en est un exemple frappant dans la vie de tous les jours. Malgré les millions d’unités vendues pendant la grande époque du magnétoscope, il était presque impossible d’obtenir un appareil pour moins de 100 dollars dans le commerce. Mais lorsque les lecteurs DVD sont arrivés sur le marché, leur prix n’a pas tardé à tomber en dessous des 50 dollars. Ils disposent en effet de beaucoup moins de composants mécaniques. Cela démontre clairement l’avantage des solutions électroniques: elles peuvent être produites à moindre coût ou rendues plus efficaces avec le temps. La raison principale en est la loi de Moore (doublement des transistors tous les un à deux ans). Elle ne s’applique pas à la mécanique, mais explique parfaitement le développement rapide de l’électronique au cours des dernières décennies. En d’autres termes: le potentiel de réduction des coûts de fabrication réside dans les capteurs dont la mécanique est la plus simple possible. Les concepts simples présentent de nombreux avantages, mais aussi un inconvénient majeur: ils sont en général relativement faciles à copier. Mais pour les capteurs, cet inconvénient reste limité. Le savoir-faire décisif réside dans les algorithmes de compensation, les propriétés des matériaux et le processus de production et d’étalonnage. Néanmoins, la question de la copiabilité doit être prise en compte comme dans tout développement de produit. Le principe de mesure capacitive est particulièrement simple sur le plan conceptuel, mais exige beaucoup de savoir-faire spécifique de la part des développeurs.
 

Capteurs capacitifs: une technologie d’avenir

La force agit sur deux couches conductrices. Cela réduit la distance – et plus la distance est faible, plus la capacité est élevée. Ce principe de mesure est connu depuis de nombreuses années. Jusqu’à présent, cependant, le nombre de capteurs capacitifs était assez faible comparé à celui des capteurs résistifs. Par rapport à un simple circuit en pont résistif, l’électronique de mesure d’une capacité était beaucoup plus complexe, imprécise ou coûteuse. Mais cela a changé ces dernières années. Grâce aux écrans tactiles des produits de consommation du quotidien, la technologie s’est rapidement développée. L’heure est venue de mettre au point des capteurs capacitifs précis et peu coûteux. La question qui se pose maintenant est la suivante: quels sont les composants décisifs d’un tel capteur? Il s’agit d’une part du matériau situé entre les deux électrodes (plaques de condensateur). Ce matériau forme à la fois l’élément ressort et le diélectrique. Les autres composants importants sont les algorithmes de compensation de la température, de l’humidité, des non-linéarités, du vieillissement et des autres effets non désirés. Moins les propriétés du matériau changent en fonction des conditions environnementales, plus la compensation est simple et efficace.
 

Un savoir-faire décisif dans le développement du LoadSensor: Pewatron apporte ses connaissances et son expérience dans les domaines de l’électronique et de la technologie des capteurs, Angst+Pfister son vaste savoir-faire en science et ingénierie des matériaux.

Innovant, polyvalent et tourné vers l’avenir: le LoadSensor de Pewatron

 

Coopération interne pour des solutions innovantes

Grâce au savoir-faire de Pewatron en matière de capteurs et à celui d’Angst+Pfister en matière de matériaux, des connaissances spécialisées issues de toutes les disciplines ont été intégrées dans le développement du LoadSensor de Pewatron. C’est surtout l’élastomère – qui forme l’élément ressort/diélectrique susmentionné – qui combine tout ce savoir-faire décisif. La combinaison de ces connaissances spécifiques au sein d’une même entreprise est probablement unique. La plupart des entreprises de technologie des capteurs ont une connaissance approfondie de l’électronique et des matériaux typiques utilisés dans les capteurs, comme le silicium, la céramique et, au mieux, l’acier inoxydable. Mais elles manquent de connaissances dans le domaines des élastomères. A l’inverse, les entreprises opérant dans le domaine des matériaux et des élastomères manquent de connaissances en interne en matière d’électronique et de capteurs. Avec nous, les deux sont réunis sous un même toit. Cette constellation nous a permis de développer le LoadSensor capacitif dans les plus brefs délais – et elle garantit également le développement continu de cette technologie dans les années à venir. Pour donner suite aux demandes des principaux clients de Pewatron, le capteur a déjà été optimisé et produit pour des applications spécifiques à certains clients. D’autres applications seront certainement ajoutées pour le LoadSensor. Le facteur clé est d’apporter une réelle valeur ajoutée au client: ce dernier bénéficie de la faible épaisseur, de la «suspension intégrée», de la conception sur mesure et, surtout, du prix attractif pour les grandes quantités – contrairement aux solutions traditionnelles avec jauges de contrainte ou capteurs de pesée. Reste à voir combien il existe d’applications de ce type. Le marché des capteurs est énorme et la tendance dans le secteur de l’IdO montre qu’il y aura une forte croissance au cours des prochaines années. Cela conduira certainement au développement d’innombrables nouvelles applications auxquelles nous ne pensons même pas aujourd’hui. L’avenir nous le dira.

 

 

Go to Pewatron



published: 1 sept. 2020 à 13:34:00  by: Angst+Pfister Group