Instrumentation : Capteur Thermique Flexible pour Bobines Mobiles

Publication : Journal of the Audio Engineering Society (JAES), Septembre 2024.
Partenaires : LAUM (Université du Mans), CNRS.

Le Défi : Mesurer dans l’Extrême

L’environnement d’une bobine mobile impose des contraintes physiques sévères :

• Espace Restreint : L’entrefer (gap) ne laisse aucune place pour des capteurs volumineux.
• Champs Magnétiques : Les flux DC intenses perturbent les mesures non blindées.
• Dynamique : Le capteur doit supporter des excursions de $\pm 30~mm$.
• Équilibre : Toute masse ajoutée doit être distribuée pour éviter les modes de basculement.

La Solution : RTD Ultra-Mince sur Kapton

L’innovation repose sur un capteur RTD en cuivre recuit ($18 \mu m$) intégré directement sur le support en Kapton. Cette approche simplifie radicalement le hardware : une source de courant de $4~mA$ et un seul ADC suffisent, éliminant la complexité de la méthode du signal pilote.

1. Fabrication

Circuit RTD 18µm sur Kapton

2. Intégration

Insertion dans l’entrefer

3. Hardware

Source 4mA & acquisition 1-ADC

4. Métrologie

Validation directe vs méthode indirecte

Validation Expérimentale : Air, Hélium et Vide

Pour valider la réactivité du capteur, nous avons modifié la conductivité thermique du milieu ambiant sans changer les propriétés mécaniques du moteur :

• Hélium : Avec une conductivité thermique 6 fois supérieure à l’air ($0,153~W/mK$), l’utilisation de l’hélium a permis d’observer une température de crête divisée par deux et des transitoires de refroidissement beaucoup plus rapides.
• Vide (100 mBar) : Les tests sous vide partiel ont montré une augmentation de la température de crête, confirmant la sensibilité du capteur même lorsque la conductivité du milieu est proche de celle de l’air à pression atmosphérique.

Analyse Thermique

Impact de la conductivité du gaz (Air vs He)

Expertise en Ingénierie

• Métrologie en milieu contraint (espace réduit, champs magnétiques).
• Physique des transferts thermiques (caractérisation par changement de milieu).
• Optimisation Hardware (Réduction du coût matériel et DSP).

Références et Publications