Qu'est-ce que c'est
Les systèmes MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) intègrent des composants mécaniques et électroniques à l'échelle micrométrique sur une seule puce de silicium. Dans IN-SIGHT, les capteurs MFXSTR sont des unités IMU (Inertial Measurement Unit) haute fréquence de STMicroelectronics qui combinent un accéléromètre triaxial, un gyroscope triaxial et, dans la variante pour le Pod B, un microphone MEMS large bande.
Le différenciateur clé de ces capteurs par rapport aux solutions industrielles traditionnelles est leur résolution sous-mg (milli-g), qui permet de détecter des changements subtils du profil de vibration des roulements ou des mécanismes de portes des semaines avant que la dégradation ne soit perceptible par l'équipe de maintenance.
Le procédé de fabrication MEMS grave les structures mécaniques (masses suspendues, ressorts en polysilicium, électrodes de détection capacitive) par lithographie sur des plaquettes de silicium de 200 mm, avec des tolérances de ±0,1 µm.
Rôle dans IN-SIGHT
Les capteurs MEMS sont le point d'entrée de toutes les données de santé du véhicule. IN-SIGHT utilise deux configurations :
Pod A — Bogies et suspension
- Capteur : Accéléromètre triaxial haute fréquence fixé au bogie par adaptateur magnétique au néodyme.
- Mesure : Vibration des roulements (1–3 kHz), impacts de roue (50–500 Hz) et résonances de suspension (0,5–20 Hz).
- Fréquence d'échantillonnage : 6 667 Hz pour une capture complète du spectre des roulements.
Pod B — Mécanisme de portes
- Capteur : Combinaison d'un accéléromètre à faible latence + microphone MEMS pour capturer le profil acoustique.
- Mesure : Cycle ouverture-fermeture (durée, accélération crête, impacts de fin de course), niveau de bruit et signaux d'usure des guides et actionneurs.
- Fréquence d'échantillonnage : 3 200 Hz standard, avec une rafale à 6 667 Hz pendant les événements d'ouverture/fermeture.
Installation non intrusive : Les pods sont fixés par des adaptateurs magnétiques à forte force de rétention (≥ 50 N). Ils ne nécessitent ni perçage, ni soudure, ni accès au câblage du véhicule.
Principe physique de détection
L'accéléromètre MEMS fonctionne par détection capacitive différentielle : une masse d'épreuve en silicium suspendue par des ressorts se déplace avec l'accélération. Le déplacement modifie la capacité entre électrodes fixes et mobiles, et un circuit ASIC intégré convertit cette différence capacitive en tension numérique.
Masse suspendue (Si)
│ ← accélération → │
┌───┴───┐ ┌───┴───┐
│ C_fixe │ Δd │ C_fixe │
└───────┘ └───────┘
└──── ΔC = ε·A/d² · Δd ────┘
│
ASIC sigma-delta
│
Sortie SPI 16 bits
Cette architecture permet de détecter des accélérations de 0,06 mg RMS (plancher de bruit) jusqu'à ±16 g de pleine échelle, avec une résolution effective de 0,488 mg/LSB dans la plage ±16 g.