FR2695477A1 - Procédé et dispositif de mesure de caractéristiques acoustiques d'un objet immergé. - Google Patents
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Abstract
La présente invention a pour objet un procédé (1) et dispositif de mesures des caractéristiques acoustiques d'un objet immergé, tel que le coefficient de réflexion à une profondeur donnée, dans une cuve d'essais (2) remplie d'eau (12), et équipée de moyens (3, 4) de manutention et de supports en surface, et d'un système de mesure (5) relié, à un transducteur d'émission (7) de fréquences données (14) et un hydrophone de réception (8), tous deux étant immergés d'un même côté dudit objet (1) et dans un alignement (XX'), passant au mieux par le centre (G) de celui-ci. Ledit hydrophone de réception (8) est constitué d'un capteur (19) plan en matériau piézoélectrique acoustiquement transparent par rapport à l'eau, de faible épaisseur, de surface comprise entre 2 et 20 % de celle de l'objet (1), son centre acoustique "C" étant aligné par rapport à l'axe xx', et enrobé d'un matériau (17) isolant électriquement, transparent acoustiquement et protégeant ledit capteur (19).
Description
Procédé et dispositif de mesure des caractéristiques acoustiques d'un
objet immergé.
objet immergé.
DESCRIPTION
La présente invention a pour objet un procédé et dispositif de mesures des caractéristiques acoustiques d'un objet immergé.
La présente invention a pour objet un procédé et dispositif de mesures des caractéristiques acoustiques d'un objet immergé.
Le secteur technique de l'invention est le domaine de la réalisation d'équipements d'enregistrement et de mesure d'ondes acoustiques sous-marines.
Une des applications principales de l'invention est de pouvoir connaître avec précision les caractéristiques acoustiques des matériaux passifs utilisés dans les systèmes de détection et de communication sous-marine, appelés sonars, tels qu'en particulier et essentiellement le coefficient complexe de réflexion et de transmission desdits matériaux en fonction de la fréquence, pour pouvoir les agencer et les disposer de façon optimale.
I1 est connu pour cela d'utiliser un panneau de dimensions connues limitées, réalisé dans le matériau à analyser, placé en champ libre et soumis à des ondes acoustiques créées dans des cuves pressurisables simulant une immersion de service. Ces dernières possédant des ouvertures de dimensions limitées : ainsi, en général on utilise des panneaux d'lm2 environ du matériau étudié.
On place ce panneau entre un projecteur, ou transducteur d'émission d'ondes à des fréquences données, et un hydrophone, ou transducteur de réception des ondes pour déterminer le coefficient de transmission; et on dispose un deuxième hydrophone entre le panneau et le projecteur pour déterminer le coefficient de réflexion du matériau, tel que schématisé sur la figure 1.
La connaissance en incidence normale de ces coefficients permet en particulier de déterminer la célérité complexe des ondes longitudinales du matériau testé si ce dernier est homogène. S'il est hétérogène, on obtient une célérité complexe équivalente.
Dans la présente invention on s'intéresse plus particulièrement à la mesure du coefficient de réflexion qui est la plus délicate à déterminer à cause notamment de la difficulté de la détermination de la phase de ce coefficient, qui nécessite la connaissance exacte de la distance entre l'hydrophone et le panneau. Ce coefficient étant défini de la façon suivante
R =
Pi
où Pr est la pression réfléchie par le matériau à la surface du matériau et Pi est la pression incidente au même endroit.
R =
Pi
où Pr est la pression réfléchie par le matériau à la surface du matériau et Pi est la pression incidente au même endroit.
Les problèmes rencontrés lors de ces mesures sont alors les suivants
- les mesures obtenues à l'aide de panneaux de dimensions finies doivent correspondre le plus possible à celles d'un panneau de dimensions latérales infinies, de même matériau et de même épaisseur que celui testé. En effet, comme illustré sur la figure 1, les bords des panneaux causent des ondes diffractées qui viennent perturber la mesure;
- par ailleurs, l'hydrophone de réception doit être le plus transparent possible acoustiquement pour ne pas engendrer de perturbations supplémentaires, par des réflexion parasites entre le panneau et lui-même et créant ainsi des interférences;;
- Enfin, la distance entre le centre acoustique de l'hydrophone et la face éclairée du panneau par l'onde incidente doit être connue avec précision, car elle entre en compte dans le calcul de la phase du coefficient de réflexion, indispensable pour caractériser correctement le matériau.
- les mesures obtenues à l'aide de panneaux de dimensions finies doivent correspondre le plus possible à celles d'un panneau de dimensions latérales infinies, de même matériau et de même épaisseur que celui testé. En effet, comme illustré sur la figure 1, les bords des panneaux causent des ondes diffractées qui viennent perturber la mesure;
- par ailleurs, l'hydrophone de réception doit être le plus transparent possible acoustiquement pour ne pas engendrer de perturbations supplémentaires, par des réflexion parasites entre le panneau et lui-même et créant ainsi des interférences;;
- Enfin, la distance entre le centre acoustique de l'hydrophone et la face éclairée du panneau par l'onde incidente doit être connue avec précision, car elle entre en compte dans le calcul de la phase du coefficient de réflexion, indispensable pour caractériser correctement le matériau.
Or en pratique, dès 4 m d'immersion, de part les procédés et les matériels utilisés à ce jour, tant dans leur forme que dans leur mise en oeuvre, cette distance est mal connue dans les cuves acoustiques de grandes dimensions. De plus, si on teste le matériau en fonction de la pression hydrostatique, l'épaisseur de ce dernier varie, ce qui entraîne une modification de la distance entre l'hydrophone et le panneau.
Pour tenter de résoudre les problèmes ci-dessus, différentes études ont été engagées et différentes solutions proposées telle que celle de Monsieur R.J. BOBBER, qui est décrite dans un livre publié par le "Naval Research Laboratory" de WASHINGTON D.C. en Juillet 1970 et intitulé "Underwater electro acoustics measurements": cette méthode consiste à utiliser une excitation formée de trains d'ondes sinusoïdales et un capteur ponctuel, afin de séparer les différentes ondes utiles (incidente, réfléchie et transmise) des perturbations dues aux bords des panneaux qui se manifestent avec un léger retard par rapport aux premières. Cette méthode possède une limite basse fréquence dépendant des dimensions du panneau mesuré.
En effet, si les dimensions latérales de l'écran ou panneau sont de l'ordre de 0,9 m x 0,9 m, cette méthode n'est satisfaisante que pour les fréquences supérieures à 15 Khz.
A des fréquences inférieures à 15 KHz, il est possible cependant de s' affranchir des ondes diffractées, en étudiant les informations contenues dans les parties transitoires des signaux
Une première méthode de mesure consiste à extrapoler le signal du régime permanent en utilisant une méthode de Prony, tel que décrit dans la publication du "Journal of the Acoustical Society of America" 70(4) de 1981 par Monsieur D.H. TRIVETT et intitulé "a modified Prony method approach to echo-reduction measurements of a time limited transient signals" : mais cette technique n'est applicable que pour des panneaux d'épaisseur réduite; il est en effet nécessaire, pour assurer la convergence des coefficients de réflexion de mesurer la totalité des échos internes du panneau avant qu'interviennent les perturbations.
Une première méthode de mesure consiste à extrapoler le signal du régime permanent en utilisant une méthode de Prony, tel que décrit dans la publication du "Journal of the Acoustical Society of America" 70(4) de 1981 par Monsieur D.H. TRIVETT et intitulé "a modified Prony method approach to echo-reduction measurements of a time limited transient signals" : mais cette technique n'est applicable que pour des panneaux d'épaisseur réduite; il est en effet nécessaire, pour assurer la convergence des coefficients de réflexion de mesurer la totalité des échos internes du panneau avant qu'interviennent les perturbations.
Monsieur J.C. PIQUETTE préconise une autre méthode, mais applicable aux panneaux multicouches seulement : en combinant, d'une part des mesures effectuées dans une portion de signal non perturbée par la diffraction, et d'autre part un modèle de panneau multicouche, il obtient une fonctionnelle, sur laquelle il applique une procédure d'optimisation, afin d'extraire les paramètres nécessaires au calcul du coefficient de réflexion.
Cette méthode lourde à mettre en oeuvre n'est pas applicable aux structures résonnantes et a fait l'objet d'une publication dans la revue du "Journal of the Acoustical Society of America" 85(3) de 1989 sur "the onion method : a reflection coefficient measurements technique for thick underwater acoustic panels".
Enfin, un troisième principe de mesure préconise l'emploi d'un doublet d'hydrophones, que l'on déplace pour effectuer une moyenne, afin de réduire la contribution des bords du panneau, tel que présenté dans le "Journal d'Acoustique" No. 3 de 1990 - pages 137 à 142 par
Monsieur LETICHE sur "la mesure de coefficient de réflexion de revêtement acoustique par un doublet hydrophonique".
Monsieur LETICHE sur "la mesure de coefficient de réflexion de revêtement acoustique par un doublet hydrophonique".
Dans le domaine des moyens utilisés, on peut également citer par exemple le développement de "système de mesures de coefficient de réflexion acoustique de réflecteur immergés" par l'Institut Français du Pétrole, qui a déposé sur le sujet une demande de brevet FR.
2.586.820 LE 29 Août 1985.
Dans tous les cas, tant sur le plan des procédés et méthodes que sur le plan des moyens utilisés, le problème des effets de bord des panneaux et des réflexions parasites peut être ainsi plus ou moins bien résolus. Bien que ces méthodes sont souvent complexes, elles ne permettent pas vraiment de connaître le coefficient complexe (module, phase) de réflexion avec une précision suffisante. De plus, pour déterminer la phase de ce coefficient de réflexion, la distance hydrophone-panneau est nécessaire, mais est difficile à connaître, si ce n'est impossible à ce jour, avec une bonne précision.
Ainsi les méthodes et les moyens actuels ne donnent en fait que le module du coefficient de réflexion car l'information de la distance n'est pas nécessaire pour en obtenir la valeur.
Le problème posé est donc de disposer d'un procédé rapide, et d'un dispositif simple, qui permettent de déterminer en particulier le coefficient de réflexion, tant en amplitude qu'en phase pour une gamme large de fréquences, et non seulement pour tout matériau homogène, mais aussi pour toute structure hétérogène, telles que celles réalisées avec des tubes élastiques en réseau, dit compliants, et constituant des structures résonnantes ou absorbantes pour des fréquences données.
Une solution au problème posé est un procédé de mesures des caractéristiques acoustiques, tel que le coefficient de réflexion, d'un objet immergé à une profondeur donnée, dans une cuve d'essais remplie d'eau, et équipée de moyens de manutention et de supports en surface, et d'un système de mesure relié, à un transducteur d'émission de fréquences données et à un hydrophone de réception, tous deux étant immergés d'un même côté dudit objet et dans un alignement passant au mieux par le centre géométrique de celui-ci, tel que
- on immobilise le transducteur d'émission à une distance fixe connue de l'objet immergé, et on suspend l'hydrophone de réception par un support à un dispositif mobile permettant son déplacement par rapport à la verticale de l'objet, tout en le gardant aligné avec le transducteur;;
- on associe audit hydrophone de réception un capteur de distance fixé sur le même support et à une distance "d" connue du centre acoustique "C" de l'hydrophone
- on approche l'ensemble "hydrophone-capteur" de l'objet, jusqu'à une distance "ao" séparant ce capteur de la surface de l'objet et mesurable avec une précision donnée, dépendant du choix dudit capteur;;
- on enregistre ladite distance "ao" dans une unité de calcul en relation avec la position exacte du dispositif mobile, et on déplace celui-ci d'une distance donnée "a" mesurable avec précision en surface pour que l'hydrophone se situe à une position optimale de mesure "a +ao +
- on effectue avec ledit hydrophone dans cette position des mesures de variations de pressions acoustiques complexes (module et phase) dues aux émissions du transducteur et à la réflexion de l'objet avec un analyseur de réseau;
- on recommence les mesures et les acquisitions sur l'hydrophone après avoir retiré l'objet à mesurer sans avoir déplacé les transducteurs acoustiques pour obtenir la mesure de la pression incidence.
- on immobilise le transducteur d'émission à une distance fixe connue de l'objet immergé, et on suspend l'hydrophone de réception par un support à un dispositif mobile permettant son déplacement par rapport à la verticale de l'objet, tout en le gardant aligné avec le transducteur;;
- on associe audit hydrophone de réception un capteur de distance fixé sur le même support et à une distance "d" connue du centre acoustique "C" de l'hydrophone
- on approche l'ensemble "hydrophone-capteur" de l'objet, jusqu'à une distance "ao" séparant ce capteur de la surface de l'objet et mesurable avec une précision donnée, dépendant du choix dudit capteur;;
- on enregistre ladite distance "ao" dans une unité de calcul en relation avec la position exacte du dispositif mobile, et on déplace celui-ci d'une distance donnée "a" mesurable avec précision en surface pour que l'hydrophone se situe à une position optimale de mesure "a +ao +
- on effectue avec ledit hydrophone dans cette position des mesures de variations de pressions acoustiques complexes (module et phase) dues aux émissions du transducteur et à la réflexion de l'objet avec un analyseur de réseau;
- on recommence les mesures et les acquisitions sur l'hydrophone après avoir retiré l'objet à mesurer sans avoir déplacé les transducteurs acoustiques pour obtenir la mesure de la pression incidence.
- on calcule alors le coefficient de réflexion de l'objet à différentes fréquences d'émission.
L'objectif de la présente invention est également atteint grâce à un dispositif de mesures de caractéristiques acoustiques tel que le coefficient de réflexion, d'un objet immergé, comme indiqué précédemment à une profondeur donnée, dans une cuve d'essais remplie d'eau, et équipée de moyens de manutention et de supports en surface, et d'un système de mesure relié à un transducteur d'émission de fréquences données et à un hydrophone de réception, tous deux étant immergés d'un même côté dudit objet et dans un alignement, passant au mieux par le centre géométrique de celui-ci; ledit hydrophone de réception est en matériau piézoélectrique acoustiquement transparent par rapport à l'eau, de forme plane et de faible épaisseur, dont la surface de partie active projetée suivant la direction dudit alignement, est comprise entre 2 et 20 % de celle apparente de l'objet, suivant la même projection de son centre acoustique "C" aligné sur l'axe xx', et enrobé d'un matériau isolant électriquement, transparent acoustiquement et le protégeant.
Les résultats sont de nouveaux procédés et dispositifs de mesures des caractéristiques acoustiques d'un objet immergé, qui répondent au problème posé, en permettant, outre une bonne qualité de mesure peu influencée par les effets de bords de l'objet et les risques de réflexion de parasites, la détermination de la phase du coefficient de réflexion par une connaissance précise de la distance entre le centre acoustique de l'hydrophone et la face éclairée de l'objet à mesurer.
En effet, d'une part, l'emploi d'un hydrophone à surface active étendue, soit de 2 à 20 % préférentiellement de celle de l'objet, réduit les problèmes de diffraction liée aux bords de celui-ci par un filtrage dans l'espace des nombres d'ondes : ceci a pu être démontré par des simulations numériques utilisant un modèle fondé sur 1' équation intégrale de Helmhotz et tenant compte de la taille finie de l'objet et de ses propriétés élastiques, en décomposant en ondes planes les champs ,de déplacement acoustique dans le matériau.
D'autre part, le choix dtun matériau piézoélectrique acoustiquement transparent par rapport à l'eau pour l'hydrophone, permet d'avoir une impédance acoustique proche de l'eau, et donc de réduire les perturbations créées par les réflexions multiples entre lui et l'objet, et- ceci d'autant plus que l'hydrophone est de faible épaisseur.
Enfin, la partie active de l'hydrophone étant plane et justement de faible épaisseur, la position de son centre acoustique est parfaitement déterminée.
Ainsi, en utilisant ce type d'hydrophone avec le procédé de l'invention, on peut obtenir la distance entre le centre acoustique de l'hydrophone et la face éclairée avec une précision de t 1 mm, ce qui par les moyens actuels de mesure directe est impossible d'une manière simple.
Cette précision est nécessaire comme le prouve par exemple la figure 4 qui indique l'influence de la précision de la distance hydrophone/objet lorsqu'on utilise les mesures de coefficients complexes de réflexion et de transmission pour retirer par le calcul la contribution acoustique d'un support qui dans ce cas est une plaque de 3 cm d'épaisseur.
Jusqu'à ce jour, une telle précision ne pouvait être obtenue qu'avec des bâtis et des liens mécaniques reliant l'objet à 1 'hydrophone, mais ces supports provoquant des interférences acoustiques et vibrations, cette solution ne pouvait pas être retenue.
La possibilité d'utiliser un capteur de distance de proximité, qui seul donne une très bonne précision car le milieu ambiant ne le perturbe pas, permet de donner une origine de position à partir de la quelle des déplacements mécaniques peuvent être mesurés avec grande précision en surface. La combinaison de ce procédé de mise en oeuvre suivant l'invention, avec l'utilisation d'un capteur hydrophone tel que défini ci-dessus, assure des résultats de mesures très précis et jamais obtenus avec des équipements autres que ceux de la présente invention.
Ainsi, outre que ce dispositif et ce procédé offrent l'avantage de connaitre avec précision la distance de l'hydrophone par rapport à l'objet ou panneau à mesurer, l'absence de liens entre l'un et l'autre permet de faire plusieurs mesures à des distances différentes, en déplaçant lthydrophone pour augmenter par exemple la précision des mesures. De plus, les vibrations engendrées par le panneau ou objet à mesurer ne perturbent pas l'hydrophone de mesure.
On pourrait citer d'autres avantages de la présente invention, mais ceux cités ci-dessus en montrent déjà suffisamment pour en démontrer la nouveauté et l'intérêt.
La description et les figures ci-après représentent un exemple de réalisation de l'invention, mais n'ont aucun caractère limitatif d'autres réalisations sont possibles dans le cadre de la portée et de l'étendue de la présente invention, en particulier en changeant la forme du capteur de l'hydrophone de mesure, et en choisissant un autre type de capteur de distance de proximité, tout en respectant les caractéristiques essentielles de l'invention.
La figure 1 est un schéma de profil d'un dispositif connu pour effectuer la mesure des caractéristiques acoustiques.
La figure 2 est une vue de profil du dispositif suivant l'invention.
La figure 3 est une vue perspective d'un hydrophone de mesure du coefficient de réflexion.
La figure 41 est un graphique des courbes de la mesure de phase du coefficient de réflexion en fonction de la fréquence.
La figure 42 est un graphique des courbes de la mesure d'amplitude du coefficient de réflexion en fonction de la fréquence.
La figure 1 représente un objet immergé dans un milieu aquatique 12 et représenté ici sous forme d'un panneau plan en général utilisé pour faire des mesures sur un matériau homogène : en ce cas, le panneau a une surface apparente suivant l'axe d'alignement xx' passant par son centre géométrique "C" de l'ordre de lm2, de façon à être compatible avec des accès dans les cuves d'essais, qui peuvent être pressurisées afin de simuler une profondeur d'immersion plus ou moins importante.
Il pourrait s'agir également de tout autre structure hétérogène, de forme quelconque, dont on veut connaître également les caractéristiques acoustiques dont en particulier le coefficient de réflexion qui est l'application principale de la présente invention.
Un transducteur d'émission 7 de fréquences est immergé dans l'axe xx' et en face dudit objet 1, qui reçoit ainsi lesdites ondes 14 des fréquence rayonnées par le transducteur 7. Ces ondes 14, en rencontrant ledit objet provoquent trois types d'ondes réémises : tout d'abord il s'agit des ondes transmises 14 à travers ledit objet par effet de transparence, et qui sont bien sûr atténuées par celui-ci, d'autre part, il s'agit des ondes réfléchies 15 par ledit objet et renvoyées en direction du transducteur d'émission 7 et enfin des ondes diffractées 13 par effet de bord aux extrémités dudit objet.
Il est connu alors de placer dans l'alignement xx' entre le transducteur 7 et ledit objet 1 un hydrophone 8 dit de mesure des ondes de réflexion et un autre hydrophone 16 dit de transmission est placé de l'autre côté de l'objet 1 par rapport au transducteur d'émission 7, afin de mesurer les ondes transmises à travers l'objet.
Dans la présente invention on s'intéresse essentiellement aux mesures effectuées par l'hydrophone de réflexion 8, qui est celui qui subit le plus d'influence, par le risque d'interférence entre les ondes émises directement par le transducteur 7 et celles réfléchies 15 par ledit objet 1 et celles réfléchies par l'hydrophone 8 lui-même vers ledit objet.
La figure 2 est une vue de profil d'un dispositif suivant l'invention qui reprend le schéma de la figure 1 dont on retrouve certains des éléments, tel qu'en particulier l'objet immergé 1 à une profondeur donnée P dans une cuve d'essais 2 remplie d'eau 12 : celleci est équipée d'un système de mesure 5 relié d'une part, à un transducteur d'émission 7 de fréquence donnée 14, et un hydrophone de réception 8, tous deux étant immergés d'un même côté dudit objet 1, et dans un alignement xx' passant au mieux par le centre géométrique G de celui-ci.
De plus, cette cuve d'essais 2 est équipée de moyens 3, 4 de manutention et de support en surface, permettant en particulier d'immobiliser le transducteur 7 à une distance fixe connue( A, B) de l'objet immergé 1 et de suspendre l'hydrophone de réception 8 à un dispositif mobile 3 pouvant être déplacé par rapport à la verticale de l'objet 1, tout en gardant l'hydrophone 8 aligné avec le transducteur 7.
L'hydrophone de réception 8 peut être en particulier relié audit support mobile 3 par un bras support 10 et associé à un capteur de distance 9 fixé par l'intermédiaire d'un support 11 sur le même bras 10 à une distance "d" donnée du centre acoustique "C" de 1 'hydrophone 8.
De préférence, ledit capteur de proximité 9 est un capteur à courant de Foucault permettant une mesure de distance à moins de 10 mm avec une précision de plus ou moins 1 mm et ledit objet 1 comporte au moins une partie métallique disposée dans l'axe de détection dudit capteur 9. Soit l'objet 1 ou le panneau est déjà métallique, soit si ce n est pas le cas, il faut coller une plaquette en métal pour bénéficier de l'effet du courant de Foucault dudit capteur.
Suivant le procédé de mesure de la présente invention, on choisit préférentiellement comme distance de proximité de référence aO une valeur inférieure à 10 mm, que l'on peut obtenir avec une précision de plus ou moins 1 mm avec, par exemple, le capteur défini ci-dessus; on enregistre ladite distance aO dans une unité de calcul 6, et on déplace alors celui-ci d'une quantité "a", de façon à obtenir au moins une distance donnée, de préférence comprise entre 20 et 70 mm, entre le centre acoustique de l'hydrophone 8 et la surface de l'objet 1. Ladite distance "a" est mesurable avec précision en surface par la mesure du déplacement dudit support mobile 3.
Pour une surface de panneau ou d'objet immergé 1 de l'ordre de 1 m2, il est choisie une distance A, B entre le transducteur d'émission 7 et ledit objet 1 d'environ 3 m, et la distance optimale entre le centre acoustique et la surface du panneau de mesure acoustique se situe à 50 mm environ. A cette distance, on enregistre alors la tension de réception d'hydrophone 8 en fonction de la fréquence en module et en phase, dont la référence est la tension d'excitation du transducteur d'emission 7, à l'aide d'un analyseur de réseau et d'une unité de calcul 6.On enlève ensuite l'objet 1 de l'eau 12 contenue dans la cuve 2, sans déplacer lesdits transducteurs 7 et 8 de leur position précédente, et on effectue une autre mesure directe de la tension de réception de l'hydrophone 8 en fonction de la fréquence; on peut calculer alors le coefficient de réflexion en module et en phase, tel que
on appelle alors Vp(f) la tension relevée de réception de l'hydrophone avec l'objet immergé 1 en position et Vo(f) celle sans l'objet, le coefficient de réflexion devient
R (f) =( V;(f) - 1) exp (i2k (a + d + ao))
Vo(f)
où k est le nombre d'ondes acoustiques = 2 ir x par la fréquence du signal acoustique divisé par la vitesse de l'eau; et i le nombre complexe tel que i2 = 1.
on appelle alors Vp(f) la tension relevée de réception de l'hydrophone avec l'objet immergé 1 en position et Vo(f) celle sans l'objet, le coefficient de réflexion devient
R (f) =( V;(f) - 1) exp (i2k (a + d + ao))
Vo(f)
où k est le nombre d'ondes acoustiques = 2 ir x par la fréquence du signal acoustique divisé par la vitesse de l'eau; et i le nombre complexe tel que i2 = 1.
Ainsi, jusqu'à présent, quand on ne connaît pas la distance a + ao + d, seul le module de ce nombre est pris et représente la valeur du coefficient de réflexion sans la phase; celle-ci est en effet déterminée par l'exposant de l'exponentielle c'est-à-dire : 2k (d + ao + a).
La figure 3 est une vue en perspective d'un hydrophone de mesure du coefficient de réflexion 8 suivant l'invention, tel que représenté à la figure 2 et permettant d' effectuer le procédé suivant l'invention.
La surface active de ce capteur de mesure 8 est comprise de préférence comme indiqué précédemment, entre 0,15 x 0,15 m et 0,45 x 0,45 m, soit entre 0,02 m2 à 0,20 m2 pour un panneau ou un objet immergé 1 de surface de 1 mZ.
Le capteur de mesure proprement dit d'hydrophone de réception 8 peut être une plaque 19 en matériau polymère de type polyfluorure de vinylidène, percée de trous 18, par exemple au nombre de six, de faible épaisseur, de l'ordre de 1 mm, mais ce peut être également un câble en copolymère piézoélectrique enroulé sur lui-même en spirale dans le plan. Ces éléments constituant le capteur proprement dit 19 sont enrobés dans un matériau 17 isolant électriquement, transparent acoustiquement et protégeant ledit capteur 19. L'épaisseur totale e de l'hydrophone est alors d'environ 20 mm et l'ensemble du dispositif hydrophone en matériau acoustiquement transparent par rapport à l'eau, réduit les perturbations créées par le capteur lui-même en évitant qu'il réfléchisse lui-même des ondes.
On assure, d'une part la transparence acoustique du capteur jusqu'à 15.000 hertz environ et d'autre part, la détermination précise de son centre acoustique C.
Comme indiqué dans la figure 2 précédente, la distance de ce capteur acoustique par rapport à la surface de l'objet immergé à mesurer est connue en associant audit hydrophone un capteur de proximité 9 monté sur le même support 10, et relié comme l'hydrophone aux appareils de mesure 5 et à l'unité centrale 6 située en surface, recevant les signaux desdits capteurs, afin d'assurer le traitement et le calcul pour obtenir ledit coefficient de réflexion de l'objet 1.
Ledit capteur de proximité 9 peut être un capteur à courant de
Foucault, enrobé dans une résine de polyuréthanne, de façon à l'isoler électriquement du milieu ambiant et placé, en avant dudit hydrophone 8 tel que représenté sur la figure 2, à une distance "d" de celui-ci, ladite distance "d" pouvant être réglable.
Foucault, enrobé dans une résine de polyuréthanne, de façon à l'isoler électriquement du milieu ambiant et placé, en avant dudit hydrophone 8 tel que représenté sur la figure 2, à une distance "d" de celui-ci, ladite distance "d" pouvant être réglable.
De préférence, compte tenu des dimensions de la surface active de l'hydrophone 8 indiquée précédemment, l'axe du capteur de proximité 9 peut être situé à une distance de l'ordre de 200 à 250 mm de l'axe xx' dudit hydrophone 8 passant par le centre acoustique C.
Ledit capteur de proximité 9 permet également de détecter les variations d'épaisseur du matériau constituant l'objet immergé 1, qui serait soumis à la pression hydrostatique P variable, en fonction de l'immersion simulée.
Les figures 41 et 42 sont des graphiques de courbes des mesures relevées expérimentalement de phases et d'amplitudes du coefficient de réflexion, en fonction de la fréquence montrant l'influence de la précision de la distance de l'hydrophone 8 par rapport à l'objet ou panneau 1, lorsqu'on utilise en particulier les mesures de coefficient complexes de réflexion et de transmission d'un matériau à étudier monté sur une plaque support pour retirer, par exemple, par le calcul, la contribution acoustique du support qui, dans le cas de l'expérimentation, est une plaque de PVC de 3 cm d'épaisseur et de 1 m2 de surface. On retrouve ainsi le coefficient de réflexion du matériau seul (celui qui nous intéresse).
La figure 41 montre en particulier, les diverses courbes obtenues de la variation de la phase du coefficient de réflexion par rapport à la fréquence : la courbe 20 est la courbe théorique du résultat attendu et validé sur des plaques de référence, dont les caractéristiques acoustiques sont bien connues.
La courbe 21 est celle obtenue avec une distance hydrophonepanneau connue à + 1 mm, soit suivant le procédé et le dispositif de la présente invention.
La courbe 22 est celle obtenue avec une distance qui n' est connue qu'à t 2 mm, celle de la courbe 23 est avec une distance connue à t. 5 mm et la courbe 24 est celle obtenue à une distance connue à t 8 mm.
La figure 42 représente également les courbes de l'amplitude du coefficient de réflexion R en fonction des mêmes fréquences avec des courbes équivalentes à celles de la figure 41 et portant les mêmes références, en fonction de la connaissance de la distance entre l'hydrophone et l'objet immergé.
On remarque ainsi qu'effectivement plus la distance est imprécise, plus les courbes obtenues s'écartent du résultat attendu.
D'autres essais comparatifs ont montré également que pour des dispositifs et suivant le procédé de la présente invention, la valeur expérimentale obtenue est très proche de celle théorique et montre que le procédé et le dispositif suivant l'invention sont efficaces et précis jusqu'à 16 khertz environ.
Claims (9)
1. Procédé de mesures des caractéristiques acoustiques, tel que le coefficient de réflexion, d'un objet immergé (1) à une profondeur donnée, dans une cuve d'essais (2) remplie d'eau (12), et équipée de moyens (3, 4) de manutention et de supports en surface, et d'un système de mesure (5) relié, d'une part à un transducteur d'émission (7) d'onde acoustique de fréquences données (14) et à un hydrophone de réception (8), tous deux étant immergés d'un même côté dudit objet (1) et dans un alignement (XX'), passant au mieux par le centre géométrique (G) de celui-ci, caractérisé en ce que
- on immobilise le transducteur d'émission (7) à une distance fixe connue de l'objet immergé (1), et on suspend l'hydrophone de réception (8) par un support (10) à un dispositif mobile (3) permettant son déplacement par rapport à la verticale de l'objet (1) tout en le gardant aligné avec le transducteur (7);
- on associe audit hydrophone de réception (8) un capteur de distance (9) fixé sur le même support (10) et à une distance "d" connue du centre acoustique "C" de l'hydrophone (8);
- on approche l'ensemble de "l'hydrophone (8)-capteur (9)" de l'objet (1) jusqu'a une distance "aO" séparant ce capteur (9) de la surface de l'objet (1) et mesurable avec une précision donnée, dépendant du choix dudit capteur (9);;
- on enregistre ladite distance "aO" dans une unité de calcul (6) en relation avec la position exacte du dispositif mobile (3), et on déplace celui-ci d'une distance donnée "a" mesurable avec précision en surface pour que l'hydrophone se situe à une position optimale de mesure a + ao +
- on effectue avec ledit hydrophone (8) des mesures des variations de pression acoustiques complexes dues aux émissions du transducteur (7) et à la réflexion de l'objet (1);
- on retire le panneau et on recommence les mesures sur l'hydrophone pour obtenir la mesure de la pression incidente;
- on calcule alors le coefficient de réflexion de celui-ci à différentes fréquences d'émission.
2. Procédé de mesures de caractéristiques acoustiques suivant la revendication 1, caractérisé en ce que
- on choisit comme distance de proximité de référence "au", une valeur inférieure à 10 mm que l'on peut obtenir avec une précision de t 1 mm;
- on déplace le dispositif mobile (3), de façon à obtenir une distance optimale de mesure acoustique de 20 à 70 mm, entre le centre acoustique "C" de l'hydrophone (8) et la surface de l'objet (1).
3. Procédé de mesures de caractéristiques acoustiques suivant l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que
- à la distance optimale, on enregistre la tension de réception de l'hydrophone (8) en fonction de la fréquence en module et en phase, dont la référence est la tension d'excitation du transducteur d'émission (7), à l'aide d'un analyseur de réseau et de l'unité de calcul (6);
- on enlève ensuite l'objet (1) de l'eau (12j contenue dans la cuve (2), sans déplacer lesdits transducteurs (7 et 8) de leur position précédente, et on effectue une autre mesure directe de la tension de réception de l'hydrophone (8) en fonction de la fréquence;
- on calcule le coefficient de réflexion en module et en phase.
4. Dispositif de mesures de caractéristiques acoustiques tel que le coefficient de réflexion, d'un objet immergé (1) à une profondeur donnée, dans une cuve d'essais (2) remplie d'eau (12), et équipée de moyens (3, 4) de manutention et de supports en surface, et d'un système de mesure (5) relié à un transducteur d'émission (7) de fréquences données (14) et à un hydrophone de réception (8), tous deux étant immergés d'un même côté dudit objet (1) et dans un alignement (XX'), passant au mieux par le centre géométrique (G) de celui-ci, caractérisé en ce que ledit hydrophone de réception (8) est en matériau piézoélectrique acoustiquement transparent par rapport à l'eau, de forme plane et de faible épaisseur, dont la surface de partie active projetée suivant la direction de l'alignement xx' est comprise entre 2 et 20 /'. de celle de l'objet (1), son centre acoustique "C" étant aligné par rapport à l'axe xx' et enrobé d'un matériau (17) isolant électriquement, transparent acoustiquement et le protégeant.
5. Dispositif de mesure de caractéristiques acoustiques suivant la revendication 4, caractérisé en ce que l'hydrophone est constitué d'une plaque (19) en matériau polymère, percée de différents trous (18).
6. Dispositif de mesure de caractéristiques acoustiques suivant la revendication 4, caractérisé en ce que l'hydrophone est un câble en copolymère, enroulé sur lui-même en spirale dans le plan.
7. Dispositif de mesure de caractéristiques acoustiques suivant l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte un capteur de distance (9), associé audit hydrophone de réception (8), fixé sur un même support (10) et à une distance "d" donnée du centre acoustique "C" de l'hydrophone (8).
8. Dispositif de mesure de caractéristiques acoustiques suivant la revendication 7, caractérisé en ce que l'ensemble hydrophone de réception (8) et du capteur de distance (9) est monté par leur support (10) sur un chariot mobile (3) pouvant être déplacé d'une distance connue et mesurable par rapport à. la verticale de l'objet (1) et en gardant l'hydrophone (8) aligné avec le transducteur (7) d'émission fixe.
9. Dispositif de mesure de caractéristiques acoustiques suivant l'une quelconque des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que ledit capteur de distance (9) est un capteur de proximité à courant de Foucault permettant une mesure de distance à moins de 10 mm, avec une précision de t 1 mm, et ledit objet immergé (1) comporte au moins une partie métallique disposée dans l'axe de détection du capteur (9).
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| FR9210774A FR2695477B1 (fr) | 1992-09-09 | 1992-09-09 | Procédé et dispositif de mesure de caractéristiques acoustiques d'un objet immergé. |
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| FR2695477A1 true FR2695477A1 (fr) | 1994-03-11 |
| FR2695477B1 FR2695477B1 (fr) | 1994-10-28 |
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| FR9210774A Expired - Fee Related FR2695477B1 (fr) | 1992-09-09 | 1992-09-09 | Procédé et dispositif de mesure de caractéristiques acoustiques d'un objet immergé. |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113534161A (zh) * | 2021-05-31 | 2021-10-22 | 中国船舶重工集团公司第七一五研究所 | 一种用于远距离定位水下声源的波束镜像聚焦方法 |
-
1992
- 1992-09-09 FR FR9210774A patent/FR2695477B1/fr not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN113534161A (zh) * | 2021-05-31 | 2021-10-22 | 中国船舶重工集团公司第七一五研究所 | 一种用于远距离定位水下声源的波束镜像聚焦方法 |
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| Publication number | Publication date |
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| FR2695477B1 (fr) | 1994-10-28 |
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