Brevet FR2950427A1 — publié le 20110325

Jauge de déformation en circuit intégré autoalimentée La présente invention se rapporte à un dispositif de mesure adapté à mesurer des déformations mécaniques à la surface d'une structure soumise à des sollicitations cycliques, du type comprenant un microsystème électromécanique comportant un substrat de silicium monocristallin comprenant au moins une première zone active sur laquelle sont formées quatre jauges piézo-résistives interconnectées de manière à former un pont de Wheatstone et au moins une seconde zone active sur laquelle sont intégrés des moyens io d'amplification et de transmission du signal de sortie du pont de Wheatstone. Actuellement, les capteurs à jauge de déformation utilisant l'effet piézorésistif réalisés en silicium micro-usiné sont de plus en plus utilisés en raison de leur faible coût et de leurs performances élevées. Parmi les différents types de capteurs, ceux utilisant une détection à base de jauges de déformation en 15 silicium monocristallin sont bien connus. Une application classique est la réalisation sur un même substrat de silicium monocristallin de quatre jauges piézo-résistives identiques, qui forment, après leur connexion par métallisation, un pont de Wheatstone complet permettant de déterminer la variation de résistance électrique provoquée par la 20 déformation de la jauge engendrée par le phénomène mécanique dont on veut mesurer la grandeur. Le substrat de silicium monocristallin sert alors de corps d'épreuve. Pour fonctionner, le pont de Wheatstone a besoin d'être alimenté en énergie électrique. De même, le capteur intègre classiquement un minimum 25 d'électronique de conditionnement et de mise en forme des signaux de mesure pour leur transmission, qui doit également être alimentée en énergie électrique. Le déploiement de ces capteurs sur des structures ou machines industrielles nécessite donc de prendre en compte la problématique de fourniture en énergie électrique nécessaire au fonctionnement du capteur. 30 Dans ce contexte, la présente invention a pour but de proposer un dispositif de mesure faisant intervenir des jauges de déformation semi- conductrices réalisées sur un substrat de silicium monocristallin, qui soit autonome en énergie électrique nécessaire à son fonctionnement. Un autre but est de proposer la conception d'un tel dispositif compatible avec l'intégration monolithique sur le substrat de silicium monocristallin, de la partie jauges de déformation et d'une partie génération locale d'énergie électrique. Un autre but est de proposer un tel dispositif de mesure qui permet de transmettre les signaux de mesure, sans avoir recours à des câbles de liaison vers un appareil de mesure. io A cette fin, le dispositif de l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'alimentation en courant du microsystème électromécanique, adaptés à générer un courant d'alimentation à partir des déformations mécaniques de la structure mesurées par les jauges piézo- 15 résistives. Selon l'invention, on dérive donc l'énergie de la structure elle-même sur laquelle sont réalisées les mesures, pour générer localement l'énergie électrique nécessaire à la récupération du signal de mesure. D'autres caractéristiques selon un premier mode de réalisation de 20 l'invention contribuant à l'intégration monolithique de la fonction de génération locale d'énergie électrique pour le dispositif de mesure, apparaîtront ci-après. Avantageusement, selon ce premier mode de réalisation, le substrat de silicium monocristallin peut comprendre au moins une troisième zone active sur laquelle sont intégrés les moyens d'alimentation en courant. 25 Selon ce premier mode de réalisation, les moyens d'alimentation en courant peuvent comprendre un barreau en matériau piézoélectrique fixé sur une structure support du substrat de silicium monocristallin de chaque troisième zone active du substrat de silicium monocristallin, les bords latéraux dudit barreau étant métallisés de manière à former un condensateur. Avantageusement, selon ce premier mode de réalisation, la structure support est un élément gravé dans le substrat de silicium monocristallin de la troisième zone active, de manière à former des moyens d'amplification des déformations mécaniques. De préférence, l'élément gravé comprend deux bras de levier formés dans le substrat de silicium monocristallin de la troisième zone active, articulés par rapport à la base dudit substrat dans le sens des déformations mécaniques à mesurer, et au sommet desquels est fixé le barreau en matériau piézoélectrique. io Avantageusement, le barreau en matériau piézoélectrique comprend deux rainures sur sa face inférieure, adaptées respectivement à venir s'encastrer sur une extrémité supérieure des deux bras de leviers. Avantageusement, le barreau en matériau piézoélectrique est un monocristal de niobiate de lithium (ou tout matériau piézoélectrique de 15 caractéristiques semblables). De préférence, le substrat de silicium monocristallin comprend quatre troisièmes zones actives, les condensateurs formés par les barreaux en matériau piézoélectrique de chaque troisième zone active étant connectés deux à deux en série-parallèle aux bornes d'une capacité de récupération des 20 charges. Selon un second mode de réalisation, les moyens d'alimentation en courant comprennent un générateur électromagnétique à aimants permanents. De préférence, selon ce second mode de réalisation, le générateur de courant électromagnétique à aimant permanent comprend une masse mobile 25 principale adaptée à être entraînée en mouvement dans un cadre extérieur entre deux butées inférieure et supérieure dudit cadre extérieur selon une direction parallèle à la direction du mouvement des sollicitations cycliques de la structure, et un premier et un second oscillateur mécanique résonant monté dans le cadre extérieur de part et d'autre de ladite masse mobile principale, 30 chaque oscillateur mécanique résonant comprenant un aimant permanent couplé à la masse mobile principale par une structure de liaison, de manière à osciller entre des bobinages plats situés de part et d'autre dudit aimant permanent lorsque la masse mobile principale est entraînée en mouvement entre les deux butées inférieure et supérieure. Avantageusement, la structure de liaison forme un système mécanique à genouillère avec la masse mobile principale, de sorte à accélérer le mouvement relatif de la masse mobile principale par rapport au cadre extérieur. De préférence, le dispositif de l'invention comprend deux générateurs électromagnétiques à aimants permanents fixés sur le substrat de manière que le cadre extérieur soit perpendiculaire à un plan de pose du microsystème sur io la structure. Avantageusement, les oscillateurs résonants fonctionnent à une fréquence propre supérieure et indépendante de la fréquence du mouvement des sollicitations cycliques de la structure, de manière à accroitre le niveau de la tension électrique générée et à le rendre indépendant de la fréquence et de 15 l'amplitude de ce mouvement. Avantageusement, les moyens d'amplification et de transmission du signal de mesure comprennent un oscillateur intégré sur le substrat de silicium monocristallin, dont la fréquence de sortie est pilotée par la tension de déséquilibre du pont de Wheatstone dans lequel sont interconnectées les 20 jauges piézo-résistives, et une antenne d'émission adaptée à émettre le signal de sortie modulé en fréquence de l'oscillateur. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description faite ci-après d'un mode de réalisation particulier de l'invention, donné à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins 25 annexés sur lesquels : - la Figure 1 est un schéma illustrant une vue de dessus d'un substrat de silicium monocristallin intégrant le microsystème électromécanique pour la mesure des déformations et des moyens d'alimentation en courant du microsystème selon un premier mode de réalisation; - la Figure 2 est un schéma illustrant un vue de détail en coupe d'une troisième zone active du substrat de silicium monocristallin sur laquelle sont intégrés les moyens d'alimentation en courant selon un premier mode de réalisation de l'invention ; - la Figure 3 est un schéma électrique illustrant la connexion de quatre cellules piézoélectriques intégrées formant les moyens d'alimentation en courant du dispositif selon le premier mode de réalisation de l'invention ; - la Figure 4 est un schéma fonctionnel illustrant le circuit de conditionnement électronique constituant les moyens d'amplification et de io transmission du signal de mesure fourni par les jauges de déformation montées en pont de Wheatstone ; - la Figure 5 est un schéma illustrant une vue de dessus du substrat de silicium monocristallin intégrant le microsystème électromécanique pour la mesure des déformations et des moyens d'alimentation en courant du 15 microsystème selon un second mode de réalisation ; - la Figure 6 est un schéma illustrant un vue de détail en coupe selon l'axe H-H de la Figure 5 des moyens d'alimentation en courant selon le second mode de réalisation de l'invention ; Le dispositif de mesure des déformations mécaniques à la surface d'une 20 structure soumise à des sollicitations cycliques, est du type comprenant un microsystème électromécanique autorisant l'intégration monolithique de systèmes hétérogènes à l'aide de technologies de circuits intégrés standards, par exemple de type CMOS, comprenant la partie sensible du capteur ainsi que son électronique de conditionnement et traitement. 25 La Figure 1 illustre une vue de dessus du microsystème électromécanique selon la présente invention, adapté à mesurer des déformations mécaniques selon un axe longitudinal E-E. Le microsystème électromécanique comprend un substrat 10 en matériau semi-conducteur, par exemple en silicium monocristallin, muni d'une première zone active 20, disposée sensiblement au 30 centre du substrat et accueillant la partie sensible aux déformations mécaniques. Le substrat 10 en silicium monocristallin est revêtu d'une couche isolante déposée sur la face opposée à celle accueillant la zone active 20. Cette couche isolante constitue le support du microsystème électromécanique et est adaptée à être collée sur la surface d'une structure, à l'endroit de la structure où les déformations mécaniques doivent être mesurées. La couche isolante est par exemple constituée en dioxyde de silicium et, de façon générale, par tout autre composant ayant des propriétés d'isolation et d'adhérence sur les matériaux sur lesquels les déformations mécaniques doivent être mesurées. Des saignées 21, réalisées dans le substrat 10 de part et d'autre de la io zone active 20 sont destinées à permettre au microsystème de s'adapter plus aisément à des surface courbes Selon l'exemple de la figure 1, la zone active centrale 20 comprend quatre jauges piézo-résistives semi-conductrices réalisées sous la forme de quatre poutres en silicium monocristallin respectivement 11, 12, 13 et 14, disposées 15 sensiblement parallèlement les unes aux autres et de longueur déterminée selon la direction longitudinale définie par l'axe E-E, correspondant à la direction des déformations que l'on cherche à mesurer. Les poutres 11, 12, 13 et 14 sont ainsi adaptées pour subir des déformations mécaniques longitudinales par allongement ou contraction. 20 Les poutres 11, 12, 13 et 14 sont plus précisément réalisées de sorte à être encastrées par chacune de leurs extrémités respectives à des moyens d'ancrage gravés dans la zone active centrale 20 du substrat à chacune des extrémités respectives de cette zone dans la direction de mesure longitudinale E-E. La face inférieure de chaque poutre est ainsi prévue pour être 25 désolidarisée mécaniquement du support. De façon connue en soit, le fonctionnement d'une jauge de déformation est fondé sur la variation de la résistance électrique de la jauge proportionnellement à sa déformation. C'est le coefficient de sensibilité k qui traduit cette proportionnalité. En jouant sur la nature et les concentrations des 30 atomes d'impuretés utilisés lors du dopage, il est possible d'obtenir pour chaque poutre des coefficients de sensibilité aux déformations longitudinales de signe positif ou négatif et d'amplitude pouvant varier dans de grandes proportions. On prévoit donc d'avoir des première et deuxième poutres avec des coefficients de sensibilité positifs rigoureusement égaux et des troisième et quatrième poutres avec des coefficients de sensibilité négatifs rigoureusement égaux. Le signe de la variation de la résistance d'une poutre dépend donc du dopage en impuretés de cette dernière. Ainsi, les résistances des poutres dont le coefficient de sensibilité est positif agissent dans un sens, tandis que les résistances des poutres dont le coefficient de sensibilité est négatif agissent dans le sens opposé. io Selon un exemple de réalisation, les premières et deuxièmes poutres, prévues pour présenter des coefficients de sensibilité longitudinale égaux de signe positif sont constituées par la paire de poutres extérieures de l'alignement de poutres, à savoir les poutres 11 et 14, tandis que les troisièmes et quatrièmes poutres, prévues pour présenter des coefficients de sensibilité 15 longitudinale égaux de signe négatif sont constituées par la paire de poutres intérieures de l'alignement de poutres, à savoir les poutres 12 et 13. Les quatre jauges piézo-résistives semi-conductrices constituées par les quatre poutres 11, 12, 13 et 14 sont alors destinées à former de manière connue en soi, après leur connexion par métallisation, un pont de Wheatstone 20 complet. Pour ce faire, le microsystème électromécanique comprend encore un circuit électronique de conditionnement 15, intégrée dans des deuxièmes zones actives 24, 25, 26, 27 du substrat sensiblement à proximité de la première zone active 20. Ce circuit de conditionnement, illustré à la figure 4, est donc 25 notamment adaptée à interconnecter les résistances électriques des quatre poutres 11, 12, 13 et 14, de manière à former le montage en pont de Wheatstone complet. Dans le montage en pont de Wheatstone, les résistances des poutres sont arrangées de sorte que les résistances R1 et R4 des poutres 11 et 14 30 présentant un coefficient de sensibilité de signe positif soient dans deux branches opposées du pont, et que les résistances R2 et R3 des poutres 12 et 13 présentant un coefficient de sensibilité de signe négatif soient dans les deux autres branches opposées 1 du pont. Ainsi, deux résistances adjacentes du pont agissent en sens opposé et deux résistances opposées du pont agissent dans le même sens. Le pont de Wheatstone ainsi constitué par les résistances électriques des quatre jauges de déformations mécaniques est alimenté avec la tension électrique continue régulée V fournie par des moyens d'alimentation en courant, qui seront décrits plus en détail par la suite. Lorsque des déformations mécaniques apparaissent sur la pièce, la io tension e entre les bornes mesures du pont de Wheatstone (tension de déséquilibre) varie. Ces variations de tension sont faibles. Par exemple, Avec une tension d'alimentation de 1 Volt, si la déformation à mesurer est de 500 pm/m et le facteur de jauge de 50, alors la tension de déséquilibre e apparaissant entre les bornes mesures du pont de Wheatstone est de 0,025 15 Volt. Aussi, cette tension doit d'abord être amplifiée. Le schéma fonctionnel du conditionnement de la tension de déséquilibre e fournie par pont de Wheatstone est présenté sur la figure 4. L'amplification de la tension de déséquilibre est faite en deux étapes. Le 20 signal de déséquilibre e du pont de Wheatstone est fourni tout d'abord à un premier étage de pré-amplification 30. Il s'agit plus précisément d'un étage de pré-amplification en mode différentiel avec un taux de réjection de mode commun élevé, par exemple supérieur à 120 dB. Le gain différentiel de cet étage de pré-amplification est par exemple compris entre 5 et 50. 25 La sortie de cet étage est fournie à un second étage d'amplification 31. Il s'agit plus précisément d'un étage d'ajustage de gain, permettant d'obtenir une plage de variation de tension égale à la plage de variation de tension d'un oscillateur commandé en tension 32, connecté en sortie de l'étage d'ajustage de gain. L'étage d'ajustage de gain réalise également le décalage de zéro de la 30 tension amplifiée V1 nécessaire au bon fonctionnement de l'oscillateur 32. Ce dernier, en effet, d'une part, ne peut convertir que des tensions positives et, d'autre part, doit être configuré de telle manière que sa fréquence centrale corresponde à une tension de déséquilibre e égale à zéro. La tension V1 apparaissant en sortie des deux étages d'amplification 30 et 31 est donc appliquée sur l'entrée de l'oscillateur commandé en tension 32. Ce dernier fourni sur sa sortie un signal électrique alternatif dont la fréquence est fonction de la tension V1. Cette fonction est quasiment une fonction linéaire de la tension V1. Le signal électrique de sortie du convertisseur est un signal alternatif qui n'est pas parfaitement sinusoïdal. Aussi, il est passé dans un filtre passe-bas io 33, connecté en sortie de l'oscillateur commandé en tension 32. En sortie, on obtient donc une tension sinusoïdale dont la fréquence est une fonction proche d'une fonction linéaire de la tension V1, qui est la tension de sortie de l'étage d'amplification 31. Cette tension, elle, est proportionnelle à la déformation mécanique à mesurer. 15 En ajustant le gain et le décalage de zéro de l'étage d'amplification 31, il est possible d'avoir en sortie du circuit de conditionnement, une tension sinusoïdale dont la variation de fréquence autour de la fréquence centrale est pratiquement proportionnelle à la déformation mécanique à mesurer. Cette tension est alors appliquée sur une antenne émettrice 34. Un champ 20 électromagnétique de fréquence égale à la fréquence du signal d'antenne est alors rayonné dans l'espace environnant le micro système. Une antenne réceptrice et un récepteur placé dans cet espace détecte la fréquence de ce champ électromagnétique et reconstitue le signal de mesure de déformations mécaniques. 25 Le circuit de conditionnement 15 intégré au substrat 10 du microsystème de mesure, comprend donc avantageusement un oscillateur 32 en silicium micro usiné piloté en fréquence par la tension de déséquilibre e du pont de Wheatstone, amplifiée par des moyens d'amplification 30 et 31. Ainsi, le microsystème est adapté à émettre une onde radio dans l'espace environnant, qui est modulée en fréquence par la déformation mécanique à mesurer. En plaçant une antenne réceptrice et un récepteur dans cet espace, l'onde est détectée, démodulée et convertie en un signal analogique proportionnel à la déformation mesurée. Selon l'invention, le microsystème mesurant les déformations mécaniques tel qu'il vient d'être décrit est un microsystème autoalimenté, au sens où il est pourvu de moyens d'alimentation adaptés à générer en local le courant io nécessaire au fonctionnement du microsystème, le rendant ainsi autonome pour mesurer les déformations sur des structures soumises à sollicitations cycliques. L'énergie électrique générée localement au niveau du microsystème est utilisée pour assurer l'alimentation d'une part, du pont de Wheatstone dans 15 lequel sont regroupées les résistances des quatre poutres en silicium 11, 12, 13, 14 sensibles aux déformations mécaniques à mesurer et, d'autre part, des composants constituant les moyens d'amplification et de transmission du signal de mesure, décrits en référence à la figure 4. Dans la suite de la description, on part des hypothèses suivantes. Les 20 jauges de déformations piézo-résistives intégrées au microsystème de mesure sont des jauges de hautes impédances (500 ks)). Elles sont placées dans un pont de Wheatstone alimenté sous une tension de 1 volt. La consommation en courant du pont de Wheatstone est donc de 2 pA. Le circuit de conditionnement du signal de déséquilibre du pont de 25 Wheatstone assurant sa conversion en une onde de tension sinusoïdale modulée en fréquence est fait avec des amplificateurs à très basses consommations ( Pour ce faire, selon un premier mode de réalisation, le substrat 10, dans la zone active centrale 20 duquel se trouve les jauges de déformation piézorésistives, comprend au moins une et, de préférence quatre zones actives 23 sur laquelle sont intégrées des moyens d'alimentation en courant 22, adaptés à générer l'énergie électrique nécessaire au fonctionnement du microsystème de mesure des déformations mécaniques. Selon ce premier mode de réalisation, les moyens d'alimentation en courant 22, intégrés dans une zone active 23 du substrat du microsystème de mesure des déformations mécaniques, sont réalisés sous la forme d'une cellule piézoélectrique adaptée à être sollicitée en io traction et compression par les déformations à mesurer. L'énergie nécessaire au fonctionnement du microsystème tel qu'il a été décrit est alors avantageusement dérivée de la grandeur que ce dernier doit mesurer. Le principe de fonctionnement des moyens d'alimentation en courant 22 selon ce premier mode de réalisation va maintenant être expliqué plus en détail 15 en référence à la figure 2, illustrant une vue en coupe d'une zone active 23 du dispositif de la figure 1, intégrant l'alimentation électrique par cellule piézoélectrique du microsystème mesurant les déformations mécaniques. Ainsi, les moyens d'alimentation en courant comprennent un barreau 1 en matériau piézoélectrique, fixé sur une structure support 3 micro-usinée du 20 substrat de silicium monocristallin. Selon un exemple de réalisation, le matériau utilisé est un monocristal de niobiate de lithium élaboré selon un plan cristallographique déterminé afin de présenter l'avantage de réaliser un compromis entre les valeurs de coefficient de piézoélectricité, de permittivité relative et de module d'Young qui est favorable pour la génération de charges 25 électriques. Les valeurs de ces coefficients sont respectivement : une déformation mécanique de 10-12 m/m par V/m, une permittivité relative de 30 et un module d'Young de 2450 MPa. Un coefficient de piézoélectricité de 10-12 m/V signifie qu'une déformation mécanique de 10-12 appliquée sur le monocristal produit un champ électrique à l'intérieur de celui-ci de 1 V/m. 30 Comme cela apparaît sur la figure 2, le barreau 1 est usiné en forme de « E » et comprend ainsi deux rainures, respectivement 1 a et 1 b sur sa face inférieure et est encastré par ces rainures sur le haut de la structure support 3 micro-usinée. Une telle structure support est obtenue au moyen d'une succession d'attaques chimiques d'une tranche de silicium faisant au départ environ 250 pm d'épaisseur. Ces attaques chimiques sont conduites de manière à réduire significativement l'épaisseur de part et d'autre de la partie centrale de la zone 23 et former ainsi 2 plaques embases 2 qui pourront être fixées solidement par collage sur la surface de la structure sur laquelle le microsystème doit être installé. Au moment des attaques chimiques, un masque est placé dans la partie centrale de la zone 23, de manière à y conserver une partie en io protubérance. Cette partie en protubérance est ensuite refendue au milieu par gravure de type RIE (pour « Reactive-Ion-Etching ») ou autre procédé anisotrope équivalent sur pratiquement toute l'épaisseur, de manière à obtenir les deux pièces prismatiques 3a et 3b à section trapézoïdale rectangle formant la structure 3. 15 Ces deux pièces 3a et 3b de la structure support 3 du substrat constituent ainsi deux leviers d'amplification de déformations. Les articulations de ces leviers sont constituées par des sillons 4 et 5 de très faible épaisseur (de l'ordre de 10 pm). Le sillon 4 est obtenu au moyen d'un usinage par un procédé anisotrope sur la face inférieure du substrat du microsystème en face de la 20 grande fente centrale séparant les deux pièces 3a et 3b de la structure support 3. Les deux autres sillons 5 sont obtenus par une attaque chimique réalisée à la suite de l'usinage des plaques de fixation 2. Dans le sens vertical, la distance entre les sillons 4 et 5 formant les articulations de la structure 3 est dl . Toujours dans le sens vertical, la distance 25 entre le sillon 4 et le centre du barreau piézoélectrique 1 est d2. Ainsi quand la structure de la pièce dont on veut mesurer les déformations sur laquelle sont collées les plaques embases 2 se déforme de s1 dans la direction longitudinale E-E du micro système, par exemple dans le sens des allongements, la distance b augmente d'une quantité Ab. d 30 Par l'effet bras de levier, la distance a diminue de Aa = Ab ' 2 La déformation mécanique du barreau piézoélectrique 1 dans la direction longitudinale du microsystème est alors : oa Abd2 Abbd2 bd2 E 2 a a d, b a d, - E' a d, La déformation mécanique à laquelle est soumis le barreau 1 en matériau piézoélectrique est donc la déformation de la structure sur laquelle est collé le b d2 microsystème, amplifiée par le facteur a i A titre d'exemple, avec les valeurs suivantes : b=400pm, a=50pm, d2=200pm et d1=27pm, ce facteur d'amplification des déformations mécaniques est de l'ordre de 60. io Le barreau 1 en matériau piézoélectrique 1 avec sa section en E est par exemple mis en place à l'extrémité des pièces 3a et 3b formant bras de levier avec un micro manipulateur, à la fin de l'usinage du substrat en silicium. Selon un exemple de disposition, la forme en E du barreau 1 s'encastre au niveau des rainures la et 1 b par l'intermédiaire d'un ajustement sur les extrémités 15 supérieures avantageusement en forme de tournevis des pièces 3a et 3b formant bras de leviers. Une couche de colle est déposée à l'intérieur des rainures de la forme en E juste avant la mise en place. Ainsi, lors du fonctionnement du microsystème, il n'y a plus aucun jeu entre les extrémités des pièces 3a et 3b formant bras de leviers et le barreau 1 et lors de 20 l'application de déformations variant alternativement entre ùs1 et +s1, le barreau en matériau piézoélectrique 1 est soumis à des déformations variant aussi alternativement en allongement et en contraction. Par contre l'amplitude de ces dernières est environ 60 fois plus importante que celles de la structure sur laquelle est collé le microsystème. 25 L'effet piézoélectrique du matériau du barreau est quantifié par le coefficient piézoélectrique, habituellement désigné par d33. Ainsi, lorsque les déformations de la structure varient par exemple de manière alternée avec une amplitude c1, le champ électrique à l'intérieur du -1 b dz +1 b dz barreau piézoélectrique varie de : 81 à ù 81. d33 a d, d33 a d, Les bords latéraux 1c et 1d du barreau piézoélectrique 1 sont métallisés et constituent ainsi les électrodes d'un condensateur. E33 étant la permittivité relative du matériau, la capacité C du condensateur formé par le barreau 1 est donnée par l'expression : C=EO'C33' a , cO étant la permittivité du vide et h la hauteur du h•c barreau en matériau piézoélectrique. A titre d'exemple, h est choisi égal à io environ 50pm. Ainsi, lorsque le microsystème est soumis à des déformations mécaniques alternées d'amplitude c1, chaque électrode du condensateur formé par le barreau 1 va se charger alternativement en positif et en négatif avec une h•c 1 b d2 q= '633 ' a d a d 61 a charge de : 33 ~ 15 Soit :q = 60 633 • b d2 hC•E1 d33 a di Dans ces conditions, l'amplitude des différences de potentiels entre les deux électrodes du condensateur est très élevée (plus de 100 000V) et peut provoquer la destruction du matériau. Par contre, si le circuit des électrodes est refermé sur une capacité de récupération des charges, alors il s'établi un 20 courant électrique alternatif dont l'amplitude est d'autant plus élevée que la fréquence des variations alternatives de déformations mécaniques est grande et la différence de potentiel entre les électrodes du condensateur devient égale à la différence de potentiel aux bornes de la capacité de récupération des charges. Par exemple, en utilisant une capacité de récupération des charges de 33 nF et en montant le microsystème sur une machine qui tourne à 3000 tours par minute, l'amplitude de la variation de différence de potentiel entre ses bornes est d'un peu plus de 0,8 volt et l'amplitude du courant alternatif circulant dans le circuit est d'un peu plus de 8 pA. Pour atteindre les valeurs définies plus haut (10 pA sous 1 Volt), et comme décrit à la figure 1, le microsystème comprend donc préférentiellement quatre zones actives 23, identiques à celle décrite en référence à la figure 2, permettant de générer de tels courants. Le schéma de principe du montage io électronique permettant d'obtenir ces valeurs est donné à la figure 3. Les quatre cellules piézoélectriques, constituées chacune par un barreau 1 en matériau piézoélectrique formant condensateur monté sur une structure du substrat comme expliqué plus haut, sont connectées deux à deux en série-parallèle aux bornes de la capacité de récupération des charges C. 15 Ainsi, l'amplitude de la variation de différence de potentiel entre les bornes de la capacité de récupération des charges est de 1,61 Volts et l'amplitude du courant alternatif est de 16 pA. Après redressement par pont de diodes et lissage, les tensions et courants fournis sont respectivement de : un peu plus de 1 Volt et 10 pA. 20 Dans la pratique, ce montage fourni la tension et le courant indiqué ci-avant lorsqu'il est soumis à des déformations mécaniques d'amplitudes légèrement supérieures à 200 pm/m car il faut compenser les chutes de tension dans le sens passant des diodes du pont de diodes. Selon un second mode de réalisation de l'invention, lorsque les mesures 25 sont faites sur des structures soumises en permanence à des vibrations, l'alimentation électrique par effet piézoélectrique telle que décrite précédemment, peut être remplacée par un générateur électromagnétique à aimants permanents. De la même manière que précédemment, l'énergie nécessaire au fonctionnement du microsystème de mesure des déformations 30 tel qu'il a été décrit est dérivée de la grandeur que ce dernier doit mesurer. La figure 5 illustre en vue de dessus un exemple d'intégration de deux générateurs de courant à effet électromagnétique 40 au substrat 10 du microsystème de mesure des déformations. Il est à noter que les éléments en commun avec la figure 1, qui illustre un exemple d'intégration au microsystème des moyens d'alimentation en courant du microsystème selon le premier mode de réalisation, portent les mêmes références et décrivent les mêmes structures ou les mêmes fonctions. Selon l'exemple de la figure 5, les deux bords longitudinaux du substrat 10 sont aménagés de manière à être soudés à un générateur de courant à effet io électromagnétique 40, sans que les adaptations permettant son installation sur des surfaces courbes soient perturbées. Pour cela, les extrémités des parties prismatiques centrales 19 entre les saignées 21 sont usinées perpendiculairement à l'embase à coller du microsystème. De part et d'autre de ces parties prismatiques centrales 19, dans 15 le sens de la longueur, les faces latérales du substrat sont usinées légèrement en retrait de manière à ménager des rainures de découplage 16. Un générateur de courant à effet électromagnétique 40 est soudé sur chaque face latérale du substrat du microsystème, de manière à être perpendiculaire à un plan de pose 60 du microsystème. Cette disposition est 20 plus particulièrement à utiliser lorsque la structure sur laquelle des déformations mécaniques doivent être mesurées par le microsystème vibre dans la direction perpendiculaire au plan de pose. Le principe de fonctionnement du générateur de courant est décrit en figure 6, illustrant une vue en coupe d'un tel générateur selon l'axe H-H de la 25 figure 5. Le générateur de courant est composé d'un cadre extérieur fixe 41 constitué de deux plaques micro-usinées dans une tranche de silicium de façon à être fortement ajourées, et soudées l'une contre l'autre. Au centre de ce cadre se trouve disposée une masse mobile principale constituée d'une part, par un 30 cadre intérieur 42 également micro usiné dans les plaques de silicium et, d'autre part, par un bloc cubique 43, par exemple de 1 mm de coté, réalisé de préférence en platine en raison de sa masse volumique élevée, ou en tout autre matériau à forte masse volumique. La masse mobile principale 42, 43 est prévue pour se déplacer verticalement selon un axe Z perpendiculaire au plan de ladite masse au centre du cadre extérieur 41, entre deux butées 44 inférieure et supérieure, ménagées dans le cadre extérieur 41. Pour ce faire, la masse mobile principale 42, 43 est guidée dans ce mouvement par des lames flexibles 45, situées au niveau de sa partie supérieure et par des lames flexibles semblables, situées au niveau de sa partie inférieure, mais non représentées. io Un oscillateur mécanique résonant est réalisé au sein du cadre extérieur 41, dans son épaisseur, de part et d'autre de la masse mobile principale, à droite et à gauche de cette dernière. Chaque oscillateur mécanique résonant est constitué d'un cadre 46 au sein duquel est positionné un aimant permanent 47 à forte aimantation rémanente (néodyme fer bore par exemple). Ces aimants 15 permanents sont couplés à la masse mobile par une structure de liaison, de manière à pouvoir osciller entre des bobinages plats 48 disposés de part et d'autre de l'aimant permanent, lorsque la masse mobile principale est entraînée en mouvement entre les deux butées inférieure et supérieure 44. Plus précisément, chaque oscillateur est supporté par une lame support 20 51, encastrée par sa base dans une plaque du cadre extérieur 41, et est relié par une lame élastique 49 au cadre intérieur 42 de la masse mobile principale par l'intermédiaire d'un levier 50, articulé selon des liaisons élastiques 52, d'une part avec le cadre intérieur 42 et, d'autre part, avec la lame support 51. Un ensemble oscillateur et sa lame élastique 49 ainsi que sa structure de 25 liaison 50, 51 avec la masse mobile principale est donc disposé de chaque côté de celle-ci et est obtenu au cours du micro-usinage de chacune des deux plaques constituant le cadre extérieur 41. Les bobinages plats 48 sont par exemple obtenus en collant les unes sur les autres des tranches de silicium dopés, suivant les motifs repérés sur la 30 figure 6. Selon un exemple de réalisation, les motifs comprennent 30 spires. 20 tranches de silicium identiques sont collées les unes sur les autres. Au moment du dopage, sur chaque motif, l'une des extrémités est dopé un peu plus longtemps que le reste des spires de manière à ce que le dopage traverse la tranche. Ainsi au moment de l'empilage des 20 tranches, ces points où le dopage traverse viennent en contact avec l'extrémité du motif de la couche suivante. De cette manière, les 30 spires des 20 motifs empilés les uns sur les autres se trouvent montées en série, réalisant un bobinage de 600 spires. La tension aux bornes de ces spires est donc la tension induite dans chaque spire multipliée par 600. Une fois les que les 20 tranches de silicium sont collées ensemble, des groupes de 5 motifs contigus sont découpés en rectangles dont io la largeur est égale à la largeur des échancrures des cadres intérieurs supportant les aimants permanents. Un jeu de deux rectangles est positionné et collé sur la face supérieure de chaque cadre de la tranche de silicium utilisée pour fabriquer les cadres des aimants permanents. La tranche est ensuite retournée et la même opération de positionnement et de collage est faite sur 15 l'autre face. Elle est ensuite partagée en deux et les deux moitiés sont positionnées l'une sur l'autre en alignant parfaitement les pourtours des cadres centraux. Ces deux moitiés sont ensuite soudées l'une sur l'autre. La vue de la figure 6 est représentée sans les supports de bobinage et les bobinages côté intérieur, i.e. côté du microsystème, de manière à rendre apparent les 20 oscillateurs mécaniques résonants. Pour fonctionner, cet ensemble doit être collé sur la surface de la structure sur laquelle des déformations mécaniques doivent être mesurées à l'aide du microsystème autoalimenté. La suite de la description est faite en considérant que le mouvement de vibration de cette structure se fait dans la direction 25 perpendiculaire Z à sa surface libre, ce qui, en pratique est le cas le plus fréquent lors de mesures de déformations mécaniques à la surface des pièces de machines en vibrations. Cependant le système peut tout aussi bien fonctionner avec des vibrations de directions différentes. Il suffit pour cela de le fixer à la structure, de manière à ce que la direction du mouvement de sa 30 masse mobile principale soit parallèle à la direction du mouvement de vibration. Dans l'exemple de la figure 6, la direction du mouvement de vibration est perpendiculaire à la surface de la structure, selon l'axe Z. Les plaques 41 constituant le cadre extérieur du générateur de courant électromagnétique sont donc collées perpendiculairement à cette surface. Lorsque l'ensemble est au repos, comme illustré à la figure 6, la masse mobile principale est en appui sur la butée inférieure 44 du cadre extérieur 41 et les lames support 7 sont très légèrement fléchies dans le sens d'un éloignement de la masse mobile principale, les leviers 50 faisant un angle aO vers le bas avec la direction horizontale. Par élasticité, les lames support 51 appliquent donc de légers efforts axiaux de compression dans les leviers 50. Comme ceux-ci sont inclinés vers le bas, ils poussent donc la masse mobile io principale sur la butée inférieure 44. Chaque levier 50, articulé d'une part au niveau de l'extrémité haute d'une lame support 51 et, d'autre part, au niveau de la liaison avec la masse mobile principale, ainsi que la masse mobile principale, constituent un système à genouillère. 15 Lorsque le cadre extérieur 41 est soumis à une accélération croissante vers le bas, à partir d'un certain niveau d'accélération, la masse mobile principale se décolle de la butée inférieure 44 puis se met à s'élever par rapport au cadre extérieur. Si l'amplitude de l'accélération vers le bas continue à augmenter, alors la masse mobile principale se déplace par rapport au cadre 20 extérieur, guidé par les lames de flexion 45, jusqu'à venir en contact avec la butée supérieure 44. Ceci se produit pendant l'alternance descendante du mouvement de vibration. Pendant l'alternance ascendante, les phénomènes s'inversent et la masse mobile principale revient en appui sur la butée inférieure 44. 25 Pendant l'alternance vers le bas du mouvement vibratoire du cadre extérieur 41 (qui est le mouvement vibratoire de la structure sur laquelle les déformations doivent être mesurées), la masse mobile principale remonte donc par rapport au cadre et augmente la flexion des lames supports. Ceci se fait sans pratiquement ralentir le mouvement relatif de la masse mobile principale 30 par rapport au cadre 41 à cause du fait que les leviers 50 et la masse mobile principale constituent un système à genouillère. Au bout de quelques instants, les quatre articulations 52 sont alignées sur une même droite horizontale. Grâce au système mécanique à genouillère créé par les lames supports 51, la masse mobile principale et les leviers 50, lorsque ce point mort est dépassé, le sens de la résultante des efforts appliqués par les leviers sur la masse mobile principale change et l'amplitude de cette résultante augmente très rapidement avec l'angle d'inclinaison a des leviers qui est maintenant vers le haut par rapport à la direction horizontale. Ainsi, pendant la première partie du mouvement, la résultante des efforts appliqués par les leviers a tendance à freiner le mouvement de la masse mobile io principale, tandis qu'ensuite, après avoir dépassé le point mort du système à genouillère, elle l'accélère. La masse mobile principale s'élève donc de plus en plus rapidement par rapport au cadre 41, tandis que celui-ci continu de descendre. Ces effets conjugués font que la masse mobile principale vient inévitablement frapper la butée supérieure 44. A ce moment là, le mouvement 15 ascendant de la masse mobile principale s'arrête brutalement, qui peut même rebondir sur la butée. La structure de liaison de l'oscillateur avec la masse mobile principale constitue donc avec la masse mobile principale elle-même, un système mécanique à genouillère, permettant avantageusement d'une part, qu'au cours 20 des mouvements de montée et de descente de la masse mobile principale, cette dernière puisse provoquer la flexion des lames supports 51 sans pratiquement être freinée dans son mouvement relatif par rapport au cadre extérieur et, d'autre part, que l'effort vertical résultant des efforts appliqués par les leviers 50 changent de sens puis augmente rapidement, lorsque la position 25 de point mort pour laquelle les articulations 52 sont alignées est dépassée. Pendant toute la séquence de déplacement vers le haut de la masse mobile principale, les oscillateurs mécaniques résonants situés de part et d'autre de la masse mobile principale sont entrainés dans un mouvement de pivotement autour des articulations 52 situées en haut des lames supports 51. 30 Ceci provoque un mouvement vers le bas des aimants permanents 47 dont l'amplitude se déduit de l'amplitude du mouvement vers le haut de la masse mobile principale. Le rapport des amplitudes est égal au rapport L1/L2 des longueurs des bras de levier. Plus ce rapport est élevé, plus les déplacements des aimants permanents seront importants et plus l'efficacité du générateur sera bonne. Le rapport des longueurs de bras de levier est par exemple choisi égal à 15. Ainsi, lorsque la masse mobile principale frappe la butée supérieure 44, les mouvements des aimants permanents, qui sont alors 15 fois plus rapides, sont brutalement interrompus et les oscillateurs résonants constitués par ces aimants permanents et les lames élastiques 49 se mettent à osciller à leur fréquence naturelle, par exemple égale à 10 kHz. io Avantageusement, les oscillateurs résonnants sont ainsi accordés sur une fréquence beaucoup plus élevée et indépendante de la fréquence du mouvement excitateur, de manière à accroitre dans de très grandes proportions le niveau de la tension électrique générée et le rendre pratiquement indépendant de la fréquence et de l'amplitude de ce mouvement excitateur (par 15 exemple 10 KHz pour seulement quelques dizaines de Hertz pour la fréquence du mouvement excitateur). Les amplitudes des oscillations des aimants permanents sont donc beaucoup plus importantes que l'amplitude du mouvement de la masse mobile principale. Pendant les oscillations de relaxation des oscillateurs, ces aimants 20 permanents se déplacent donc en face des bobinages plats 48 se trouvant dans les supports de bobinages collés de part et d'autre du cadre des aimants permanents. Les flux des vecteurs inductions magnétiques à l'intérieur des bobinages varient donc à la fréquence des oscillations des oscillateurs. Selon la loi de Lentz, il apparait des tensions induites e aux bornes de ces bobinages qui 25 sont proportionnelles aux variations de flux et qui obéissent à la relation e= ù 1 étant le flux du vecteur induction magnétique au travers d'un bobinage. Du fait que la dérivée par rapport au temps du flux intervient dans l'expression de la tension induite aux bornes d'un bobinage, celle-ci est aussi 30 proportionnelle à la fréquence naturelle des oscillations des systèmes dO dt oscillants. Il apparait donc ici l'un des avantages principaux de ce dispositif, qui réside dans le fait que cette fréquence d'une part est indépendante de la fréquence du mouvement de vibration de la structure sur laquelle le générateur est installé et d'autre part est beaucoup plus élevée que la fréquence de ce mouvement de vibration. En effet, les vibrations des pièces des machines mécaniques sur lesquelles des mesures de déformations mécaniques doivent être relevées sont en général engendrées par la rotation d'un élément de ces machines (moteur électrique ou thermique, rotor déséquilibré, etc...). En général ces vitesses de rotations sont souvent inférieures ou égales à 3000 io tours par minute. Ce qui correspond à une fréquence de 50 Hz. Ici, la fréquence des oscillateurs est de 10 kHz. Les tensions induites sont donc 200 fois plus grandes que si les bobinages avaient été placés devant la masse mobile principale. De plus, la fréquence des variations de flux ne dépend pas de la fréquence de la vibration 15 qui excite le système qui, en général, n'est jamais constante. La variation de la tension délivrée par le générateur, due à la variation de la fréquence du phénomène excitateur, est donc en partie éliminée. En effet, à partir du moment où, au cours des alternances successives du mouvement de vibration de la structure sur laquelle est installé le générateur l'accélération dépasse 20 l'accélération de seuil ys, qui est par exemple égal à 2 g, la masse mobile principale frappe les butées, ce qui, à chaque choc, réactive les oscillations des aimants permanents, qui elles se font toujours à la même fréquence. Comme l'amortissement de ces systèmes oscillants est faible, la fréquence des chocs sur les butées de la masse mobile principale n'a qu'une influence faible sur le 25 niveau de la tension générée par les oscillations des aimants permanents. Les explications de fonctionnement qui viennent d'être données correspondent à ce qui se produit au cours de l'alternance descendante du mouvement de vibration de la structure sur laquelle le microsystème est installé, c'est-à-dire au cas où la masse mobile principale vient frapper la butée 30 44 supérieure. Au cours de l'alternance suivante du mouvement de vibration de la structure, la masse mobile principale va frapper la butée 44 inférieure et les oscillateurs mécaniques résonants se mettent à osciller autour d'une position moyenne différente, où les aimants permanents se trouvent en face d'un deuxième ensemble de bobinages 48. Les tensions électriques induites sont alors fournies par ce deuxième ensemble de bobinages. Ainsi, pour chaque oscillateur, il y a deux jeux de bobinages. Un jeu qui fournit de la tension lorsque la masse mobile principale est sur la butée 44 inférieure et un jeu qui fournit de la tension lorsque la masse mobile principale est sur la butée 44 supérieure. Selon l'exemple de la figure 5, le microsystème comprend deux générateur électromagnétique à aimants permanents 40, fixés au microsystème sur les bords longitudinaux du substrat, soient quatre oscillateurs mécaniques io résonants. Afin de pouvoir obtenir une tension d'alimentation suffisante pour le microsystème, les bobinages des quatre oscillateurs sont regroupés deux par deux en séries. Les deux séries de tensions ainsi obtenues sont mises en parallèles. Plus précisément, les bobinages dont les tensions électriques induites 15 sont en phases sont connectés en séries et la tension résultante est redressée avec un pont de diodes. Quatre groupes de 2 ponts de diode sont ainsi obtenus. Ces quatre groupes sont interconnectés en parallèle. Les tensions qu'ils fournissent sont mises en série deux à deux de manières à associer entre elles des bobinages homologues, c'est-à-dire des bobinages en face 20 d'oscillateurs qui fournissent des tensions induites pendant les mêmes phases de fonctionnement du système (phase avec la position moyenne des oscillations des aimants en haut ou phase avec la position moyenne des oscillations des aimants en bas). REVENDICATIONS1. Dispositif de mesure adapté à mesurer des déformations mécaniques à la surface d'une structure soumise à des sollicitations cycliques, du type comprenant un microsystème électromécanique comportant un substrat (10) de silicium monocristallin comprenant au moins une première zone active (20) sur laquelle sont formées quatre jauges piézo-résistives (11, 12, 13, 14) interconnectées de manière à former un pont de Wheatstone et au moins une seconde zone active (24-27) sur laquelle sont intégrés des moyens (15) io d'amplification et de transmission du signal de sortie du pont de Wheatstone, ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'alimentation en courant du microsystème électromécanique, adaptés à générer un courant d'alimentation à partir des déformations mécaniques de la structure mesurées par les jauges piézo-résistives. 15 2. Dispositif de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que le substrat de silicium monocristallin comprend au moins une troisième zone active (23) sur laquelle sont intégrés les moyens d'alimentation en courant (22). 3. Dispositif de mesure selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens d'alimentation en courant comprennent un barreau (1) en matériau 20 piézoélectrique fixé sur une structure support (3) du substrat de silicium monocristallin de chaque troisième zone active, les bords latéraux (1c, 1d) dudit barreau étant métallisés de manière à former un condensateur. 4. Dispositif de mesure selon la revendication 3, caractérisé en ce que la structure support (3) est un élément gravé dans le substrat de silicium 25 monocristallin de la troisième zone active, de manière à former des moyens d'amplification des déformations mécaniques. 5. Dispositif de mesure selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'élément gravé formant moyens d'amplification des déformations mécaniques comprend deux bras de levier (3a, 3b) formés dans le substrat de silicium 30 monocristallin de la troisième zone active, articulés par rapport à la base dudit substrat dans le sens des déformations mécaniques à mesurer, et au sommet desquels est fixé le barreau (1) en matériau piézoélectrique. 6. Dispositif de mesure selon la revendication 5, caractérisé en ce que le barreau (1) en matériau piézoélectrique comprend deux rainures (la, lb) sursa face inférieure, adaptées respectivement à venir s'encastrer sur une extrémité supérieure des deux bras de leviers (3a, 3b). 7. Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que le barreau en matériau piézoélectrique est un monocristal de niobiate de lithium. 8. Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que le substrat de silicium monocristallin comprend quatre troisièmes zones actives, les condensateurs formés par les barreaux en matériau piézoélectrique de chaque troisième zone active étant connectés deux io à deux en série-parallèle aux bornes d'une capacité de récupération des charges (C). 9. Dispositif de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'alimentation en courant comprennent au moins un générateur de tension électromagnétique à aimants permanents (40). 15 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que le générateur de courant électromagnétique à aimant permanent (40) comprend une masse mobile principale (42, 43) adaptée à être entraînée en mouvement dans un cadre extérieur (41) entre deux butées inférieure et supérieure (44) dudit cadre extérieur selon une direction (Z) parallèle à la direction du 20 mouvement des sollicitations cycliques de la structure, et un premier et un second oscillateur mécanique résonant monté dans le cadre extérieur de part et d'autre de ladite masse mobile principale, chaque oscillateur mécanique résonant comprenant un aimant permanent (47) couplé à la masse mobile principale par une structure de liaison (50, 51), de manière à osciller entre des 25 bobinages plats (48) situés de part et d'autre dudit aimant permanent lorsque la masse mobile principale est entraînée en mouvement entre les deux butées inférieure et supérieure. 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que la structure de liaison forme un système mécanique à genouillère avec la masse 30 mobile principale, de sorte à accélérer le mouvement relatif de la masse mobile principale par rapport au cadre extérieur. 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 à 11, caractérisé en ce qu'il comprend deux générateurs électromagnétiques àaimants permanents fixés sur le substrat de manière que le cadre extérieur est perpendiculaire à un plan de pose (60) du microsystème sur la structure. 13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 à 12, caractérisé en ce les oscillateurs résonants fonctionnent à une fréquence propre supérieure et indépendante de la fréquence du mouvement des sollicitations cycliques de la structure, de manière à accroitre le niveau de la tension électrique générée et à le rendre indépendant de la fréquence et de l'amplitude de ce mouvement. 14. Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications io précédentes, caractérisé en ce que les moyens (15) d'amplification et de transmission du signal de mesure comprennent un oscillateur (32) intégré sur le substrat de silicium monocristallin, dont la fréquence de sortie est pilotée par la tension de déséquilibre (e) du pont de Wheatstone dans lequel sont interconnectées les jauges piézo-résistives (11, 12, 13, 14), et une antenne 15 d'émission (34) adaptée à émettre le signal de sortie modulé en fréquence de l'oscillateur. 20