Etude et réalisation d'un prototype avancé de plateforme de mesure de micro et nanoforce par lévitation diamagnétique. - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2012

Study and realization of an advanced prototype of micro and nanoforce measuring platform by diamagnetic levitation.

Etude et réalisation d'un prototype avancé de plateforme de mesure de micro et nanoforce par lévitation diamagnétique.

Résumé

The measurement of micro- and nano-force is necessary to characterize the mechanical properties and interactions occurring at micrometer scale. In this context, we work on an advanced design of micro- and nano-force sensor based on diamagnetic levitation initiated at Laboratoire d'Automatique de Besançon in 2002. The force-displacement transducer of this sensor is a ten centimeter long glass micro capillary. This micro capillary levitates passively and stably thanks to the combined action of magnetic and diamagnetic forces which create a virtual magnetic spring. Measuring an external force applied to the end of the capillary is made possible through knowledge of the capillary displacement and the stiffness of magnetic spring. The measuring range of the sensor varies between 40 N with a resolution about a nanonewton. Advances presented in this thesis focused on the determination of the diamagnetic forces generated by the use of graphite plates. This work has allowed us to optimize the overall design of the device and transfer it to our industrial partner STIL SA. Moreover a deconvolution estimation process was developed to take into account the dynamic behavior of the micro capillary and measurement noises. Potential fields of application of this device concern the mechanical characterization of quasistatic interactions which may occur between two micro-objects and the determination of intrinsic mechanical properties of a micro-object.
La mesure de micro- et nano-force fait partie des mesures nécessaires à la caractérisation des interactions ou des propriétés mécaniques intervenant à l'échelle micrométrique. Dans cette optique, nous avons poursuivi un travail de conception initié au Laboratoire d'Automatique de Besançon en 2002 pour développer un prototype avancé de capteur de micro- et nano-force par lévitation diamagnétique. Le transducteur force-déplacement de ce capteur est un microcapillaire rigide en verre d'une dizaine de centimètres. Ce microcapillaire est en lévitation passive stable dans l'espace grâce à l'action conjuguée de forces magnétiques et diamagnétiques créant ainsi un ressort magnétique virtuel. La mesure d'une force externe appliquée à l'extrémité du capillaire est rendue possible grâce à la connaissance de la mesure du déplacement du capillaire et de la raideur du ressort magnétique. La plage de mesure de ce capteur varie entre 40 N avec une résolution de l'ordre du nanonewton. Les avancées présentées dans ce manuscrit ont porté sur la détermination des efforts diamagnétiques engendrés par l'utilisation des plaques de graphite. Ce travail a permis une optimisation du design global du dispositif et son transfert à l'entreprise STIL SA. De plus un processus d'estimation par déconvolution a été développé pour tenir compte du comportement dynamique du microcapillaire et des bruits de mesure du déplacement. Les domaines d'applications potentiels de ce dispositif concernent notamment la caractérisation des interactions mécaniques quasi-statiques pouvant intervenir entre deux micro-objets et la détermination de propriétés mécaniques propres à un micro-objet.
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Dates et versions

tel-00913279 , version 1 (03-12-2013)
tel-00913279 , version 2 (15-04-2014)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00913279 , version 1

Citer

Stéphane Oster. Etude et réalisation d'un prototype avancé de plateforme de mesure de micro et nanoforce par lévitation diamagnétique.. Micro et nanotechnologies/Microélectronique. Université de Franche-Comté, 2012. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00913279v1⟩
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