FR2958396A1 - Capteur d'intensite acoustique a gaz ionise. - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un capteur de mesure de l'intensité acoustique (1) d'un signal acoustique dans un milieu fluide, comprenant - au moins une paire d'électrodes (11, 12) disposée dans le milieu fluide, une électrode (12) formant anode présentant au moins deux parties (12a, 12b) isolées électriquement l'une de l'autre ; -des moyens d'alimentation électrique (10) pour appliquer une tension constante entre la paire d'électrodes (11,12) dans une gamme de valeurs permettant de générer un courant de décharge stable Io; - des moyens (13a, 13b) pour mesurer l'évolution du courant de décharge collecté par chacune des parties de l'anode (12) ; - un moyen de traitement (15) susceptible de fournir l'évolution du courant de décharge I(t) arrivant sur la surface totale de l'anode (12) et la différence entre les évolutions des courants de décharge reçus par les différentes parties de l'anode (12); - un moyen de calcul (16) susceptible de déterminer la pression acoustique p(t) à partir de l'évolution du courant de décharge I(t), la norme de la vitesse particulaire acoustique à partir des données fournies par le moyen de traitement (15), et l'intensité acoustique.

Description

CAPTEUR D'INTENSITE ACOUSTIQUE A GAZ IONISE

La présente invention se rapporte au domaine général de la conversion acousto-électrique, et plus particulièrement à des capteurs d'intensité acoustique susceptibles de fonctionner dans des conditions environnementales particulières telles que des conditions de température élevée de milieu chimique agressif, ou encore et non limitativement de haute pression. On rencontre par exemple de telles conditions dans un catalyseur pour dépollution, dans une enceinte thermique, dans les pots d'échappement, les 10 tuyères ou les milieux clos. Les transducteurs acousto-électriques convertissent un signal acoustique en un signal électrique. Dans cette famille de transducteurs, on rencontre par exemple des capteurs de pression acoustique, dans lesquels la valeur d'un courant (ou d'une tension) électrique est représentative de la pression 15 acoustique, ou des capteurs de vitesse particulaire acoustique dans lesquels la valeur d'un courant (ou d'une tension) électrique est représentative de la vitesse particulaire acoustique. Par capteur de pression acoustique, il faut comprendre un capteur de pression adapté pour la mesure de la composante dynamique de la pression, la 20 pression acoustique correspondant à une variation de pression autour d'une pression statique. Par capteur de vitesse particulaire acoustique, il faut comprendre un capteur de vitesse adapté pour la mesure de la composante dynamique de la vitesse, la vitesse particulaire acoustique correspondant à une variation de vitesse. 25 La vitesse particulaire acoustique est une grandeur vectorielle dont le capteur de vitesse particulaire acoustique cherche à déterminer en général les différentes composantes. L'intensité acoustique est quant à elle une grandeur vectorielle obtenue en effectuant le produit entre la pression acoustique et la vitesse 30 particulaire acoustique. Aussi, un capteur d'intensité acoustique associe

généralement soit un capteur de pression acoustique à un capteur de vitesse particulaire acoustique, soit deux capteurs de pression acoustique, la vitesse particulaire acoustique étant déduite du gradient de pression entre les deux capteurs.

Il existe plusieurs types de capteurs de pression acoustique. Par exemple, on a déjà proposé des capteurs de pression de type électrostatique. Le principe de fonctionnement de ce type de capteur de pression consiste à détecter la vibration d'un élément mécanique de type membrane par un champ électrique imposé entre deux électrodes, la membrane faisant partie d'un transducteur convertissant le signal acoustique reçu par le capteur en un signal électrique. Toutefois, ce type de capteur n'est pas adapté pour fonctionner dans des conditions particulières, telles que des conditions de température élevée 15 ou de milieu chimiquement agressif. En effet, la membrane est un élément fragile de la chaîne de transduction dont les caractéristiques mécaniques peuvent se dégrader rapidement lorsqu'elle est soumise à ces conditions particulières. Les capteurs de pression piézoélectriques ou électrodynamiques 20 connus comprennent également un élément mécanique pour la conversion du signal acoustique reçu par le capteur en un signal électrique, qui n'autorise pas non plus un fonctionnement dans les conditions particulières mentionnées ci-dessus. Par ailleurs, il existe également de nombreux types de capteurs de vitesse particulaire acoustique. 25 Par exemple, on a déjà proposé des capteurs de vitesse particulaire acoustique basés sur la technique du fil chaud ou bien sur la technique des doublets microphoniques. Par ailleurs, il existe des bancs de mesure de la vitesse particulaire acoustique faisant usage de méthodes optiques telles que l'anémométrie laser doppler (ALD) ou la vélocimétrie par image de 30 particules (PIV).

La technique du fil chaud met en oeuvre un ou plusieurs fils très fins proches l'un de l'autre et chauffés par un flux de courant électrique. Lors du passage d'une perturbation acoustique sur les fils, la différence de température entre les fils entraîne une modification de la résistance de chacun de ces fils. On peut alors déduire la vitesse particulaire acoustique à partir de la modification de la résistance de chacun de ces fils. Or, ces fils sont des éléments fragiles de la chaîne de transduction dont les caractéristiques mécaniques peuvent se dégrader rapidement lorsqu'ils sont soumis à des conditions particulières. Les doublets microphoniques sont également mal adaptés à des conditions particulières de fonctionnement comme la haute température ou un milieu chimiquement agressif. En utilisant cette technique, la détermination de la vitesse particulaire acoustique impose une limite en haute fréquence pour les mesures d'intensité acoustique. En effet, plus les microphones sont éloignés, moins on peut détecter des fréquences d'évolution de la vitesse particulaire acoustique élevées. Par ailleurs, l'erreur de phase entre les signaux captés par chacun des deux microphones détermine la limite en basse fréquence. Il est donc nécessaire d'adapter l'espacement entre les microphones à la gamme de fréquences de la perturbation acoustique mesurée. L'anémométrie laser doppler est une méthode optique basée sur l'effet Doppler. Elle utilise des particules traversant un réseau de franges crée par deux faisceaux issus d'un même laser. Ces particules diffractent une partie de la lumière incidente provenant du laser qui est captée par un photo-détecteur. Le photo-détecteur fournit alors un signal modulé à la fréquence Doppler, laquelle dépend de la vitesse particulaire acoustique. Toutefois, cette technique nécessite un matériel complexe (laser, photo-détecteur, ...) ainsi qu'un ensemencement du milieu avec des particules. La vélocimétrie par images de particules est une autre méthode optique consistant à identifier le déplacement de particules dans une tranche de gaz éclairée par une nappe laser. La comparaison de deux images successives dans le temps permet d'accéder à la vitesse particulaire acoustique. La faible résolution

temporelle de ce type de méthode limite son application en acoustique aux basses fréquences et aux niveaux sonores élevés. Par ailleurs, tout comme la technique ALD, elle nécessite un matériel complexe ainsi qu'un ensemencement du milieu avec des particules.

En conséquence, les capteurs d'intensité acoustique connus mettent en oeuvre des capteurs de pression acoustique et/ou de vitesse particulaire acoustique qui ne sont ni l'un ni l'autre adaptés aux conditions environnementales particulières mentionnées ci-dessus. Par ailleurs, lorsque, pour former un capteur d'intensité acoustique, on associe un capteur de pression acoustique avec un capteur de vitesse particulaire acoustique, ces deux capteurs ne peuvent pas être disposés au même point de mesure. En effet, le capteur de pression acoustique occupe un volume de mesure donné que ne peut pas occuper le capteur de vitesse particulaire 15 acoustique, pour des raisons évidentes d'encombrement. Par conséquent, il peut s'avérer que la perturbation acoustique observée par l'un des capteurs ne soit pas la même que celle observée par l'autre capteur, ce qui engendre des biais pour la mesure de l'intensité acoustique. Ceci est d'autant plus critique que la présence d'un capteur ne doit pas modifier les 20 caractéristiques de la perturbation acoustique mesurée par l'autre capteur. Ce problème est accentué lorsqu'un doublet microphonique est employé pour la mesure de la vitesse particulaire acoustique. On a pourtant déjà proposé des transducteurs électro-acoustiques, c'est-à-dire convertissant cette fois un signal électrique en un signal 25 acoustique, en mesure de fonctionner dans les conditions particulières mentionnées ci-dessus. Dans ce type de transducteur, le signal électrique forme une commande, le signal acoustique étant le résultat de cette commande.

Ces transducteurs électro-acoustiques ne sont pas en mesure de constituer des capteurs d'intensité acoustique, leur but étant d'émettre un signal acoustique. Ils sont donc utilisés en tant que sources sonores (haut-parleurs).

Ainsi, on a déjà proposé des sources sonores (haut-parleurs) n'ayant pas recours à un élément mécanique pour permettre la conversion du signal électrique de commande en un signal acoustique à émettre. Par exemple, on a déjà proposé un haut-parleur dit « ionique » ou « à plasma ».

Le principe de fonctionnement d'un tel haut-parleur dans un milieu fluide tel que l'air est le suivant. Lorsqu'un champ électrique compris dans une gamme de valeurs utiles est appliqué sur un volume d'air compris entre deux électrodes de rayons de courbure distincts, on distingue alors deux régions dans le milieu fluide inter- électrodes. On observe ainsi une première région, limitée à une zone très proche de l'électrode de plus faible rayon de courbure et de polarité négative (cathode) dans laquelle les processus d'ionisation par choc dominent les processus d'attachement. Il s'agit d'une région de production d'électrons et d'ions positifs. Les électrons ainsi formés gagnent de l'énergie dans le champ électrique local qu'ils cèdent pour partie aux molécules de l'air lors de collisions. En conséquence, les molécules d'air accroissent leur agitation thermique et de manière concomitante, les électrons, dans ce champ électrique orienté, sont entraînés hors de cette première région.

On observe également une deuxième région, comprise entre la première région et l'électrode de plus grand rayon de courbure (anode), dans laquelle les processus d'attachement l'emportent sur les processus d'ionisation. Les électrons provenant de la première région se recombinent alors avec certaines molécules d'air pour former des ions négatifs. Sous l'effet du champ électrique, ces ions négatifs s'écoulent vers l'anode, entrent en collision avec les molécules

d'air de cette deuxième région et provoquent la mise en mouvement de ces molécules d'air. Ainsi, au cours de leur cheminement vers l'anode, les électrons d'une part et les ions négatifs d'autre part entrent en collision avec les molécules du volume inter-électrodes. A cet écoulement de particules chargées dans le milieu fluide inter-électrodes est associé un courant de décharge entre les électrodes. Par suite, en modulant le champ électrique appliqué entre les électrodes, par exemple par la superposition d'une tension alternative à la tension continue appliquée entre ces deux électrodes, ou par exemple par la modulation de courant de décharge, on est en mesure de contrôler l'intensité et la fréquence des collisions entre les particules chargées et les molécules d'air du milieu fluide inter-électrodes et de produire un signal acoustique qui se propage de proche en proche à tout le milieu fluide. Le principe de fonctionnement exposé ci-dessus s'applique au cas où l'électrode ayant le plus faible rayon de courbure possède un potentiel négatif. Cette description serait différente si l'électrode ayant le plus faible rayon de courbure possédait un potentiel positif. Les collisions entre les particules chargées (électrons, ions négatifs) et les molécules neutres du milieu fluide inter-électrodes constitue l'élément transducteur proprement dit de ce type de source sonore, cet élément jouant donc une fonction similaire à celle de l'élément mécanique prévu par exemple dans les transducteurs de type électrostatique, piézoélectrique ou électrodynamique. L'absence d'élément mécanique pour assurer la transduction 25 électro-acoustique permet ainsi d'accéder aux conditions de fonctionnement particulières mentionnées ci-dessus. La Demandeur n'a en revanche pas connaissance d'un capteur d'intensité acoustique n'utilisant pas d'élément mécanique pour permettre la transduction d'un signal acoustique reçu par le capteur en un signal électrique 30 représentatif du signal acoustique.

Le Demandeur n'a pas non plus connaissance d'un capteur d'intensité acoustique capable de mesurer une pression acoustique et les caractéristiques de la vitesse particulaire acoustique dans un même volume de mesure.

Un objectif de l'invention est ainsi de proposer un capteur d'intensité acoustique n'utilisant pas d'élément mécanique pour assurer la transduction d'un signal acoustique reçu par le capteur en un signal électrique représentatif du signal acoustique. Un autre objectif de l'invention est de proposer un capteur 1 o d'intensité acoustique, dans lequel la mesure de la pression acoustique et de la vitesse particulaire acoustique s'effectue dans un même volume de mesure. Pour atteindre l'un au moins de ces objectifs, l'invention propose un capteur de mesure de l'intensité acoustique d'un signal acoustique dans un milieu fluide, caractérisé en ce qu'il comprend : 15 - au moins une paire d'électrodes disposée dans le milieu fluide susceptible d'être soumis à un signal acoustique, une électrode formant anode présentant au moins deux parties isolées électriquement l'une de l'autre ; - des moyens d'alimentation électrique pour appliquer une tension constante entre la paire d'électrodes dans une gamme de valeurs permettant de générer 20 un courant de décharge stable Io résultant de l'écoulement de particules chargées en interaction avec le milieu fluide inter-électrodes, les interactions entre les particules chargées et le milieu fluide inter-électrodes formant un élément transducteur, la valeur dudit courant étant susceptible de varier en fonction de la pression acoustique de la perturbation et l'orientation des 25 lignes d'écoulement des particules chargées étant susceptible d'évoluer en fonction de la vitesse particulaire acoustique de la perturbation ; - des moyens pour mesurer l'évolution du courant de décharge collecté par chacune des parties de l'anode ; - un moyen de traitement susceptible de fournir, d'une part, l'évolution du 30 courant de décharge I(t) arrivant sur la surface totale de l'anode, cette

évolution étant générée par la pression acoustique et, d'autre part, la différence entre les évolutions des courants de décharge reçus par les différentes parties de l'anode; - un moyen de calcul susceptible de déterminer la pression acoustique p(t) à partir de l'évolution du courant de décharge I(t), la norme de la vitesse particulaire acoustique à partir des données fournies par le moyen de traitement, et l'intensité acoustique en effectuant le produit entre la pression acoustique et la norme de la vitesse particulaire acoustique. Le capteur pourra prévoir d'autres caractéristiques techniques de l'invention, prises seules ou en combinaison : - chaque moyen pour mesurer l'évolution des courants de décharge collectés par chacune desdites parties isolées électriquement l'une de l'autre de l'anode comprend : • un moyen de protection contre les arcs électriques ; • un moyen de filtrage pour conserver le courant de décharge dans une bande de fréquences relatives aux applications relevant de l'acoustique. - chaque moyen pour mesurer l'évolution des courants de décharge collectés par chacune desdites parties isolées électriquement l'une de l'autre de l'anode 20 comprend comprend en outre : • un convertisseur courant-tension ; • un voltmètre. - il est prévu une résistance de valeur comprise entre 0,5 et 30 Mégohms disposée en série entre les moyens d'alimentation électrique et l'électrode formant cathode 25 pour limiter le courant alimentant la cathode à une valeur inférieure à 2001.tA, de préférence entre 1011A et 100 µA ; - les moyens d'alimentation fournissent une tension constante comprise entre deux valeurs seuils Vs), Vo de plusieurs milliers de volts chacune ; - la première valeur seuil Vso est comprise entre 3000 Volts et 4000 Volts et la 30 deuxième valeur seuil Vsi est comprise entre 10000 Volts et 15000 Volts ; - la cathode présente une forme de pointe et l'anode une forme de plan ; - la cathode présente un rayon de courbure pc compris entre 101,tm et 500µm, de préférence entre 101.lm et 1001m; - les différentes parties isolées électriquement l'une de l'autre de l'anode sont 5 identiques ; - les deux électrodes sont séparées l'une de l'autre d'une distance d comprise entre lmm et 10mm, de préférence entre 3mm et 7mm ; - la cathode présente une forme de fil et l'anode présente une forme de cylindre ou une forme de plan ; 10 - il est prévu deux paires d'électrodes, la première paire d'électrodes pour générer le courant de décharge Io stable dans le milieu fluide inter-électrodes, la deuxième paire d'électrodes pour effectuer la mesure de l'évolution du courant de décharge collecté par chacune des parties de l'anode de cette deuxième paire d'électrodes. D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention seront 15 énoncés dans la description détaillée ci-après faite en référence aux figures suivantes : - la figure 1 est un schéma général d'un capteur d'intensité acoustique selon l'invention ; - la figure 2, qui comprend les figures 2(a) et 2(b), est un 20 schéma représentatif du fonctionnement du capteur de la figure 1, en l'absence de tout signal acoustique ; - la figure 3, qui comprend les figures 3(a) et 3(b), est un schéma représentatif du fonctionnement du capteur de la figure 1, en présence d'un signal acoustique ; 25 - la figure 4 est un schéma d'un moyen de mesure de variations de courant du transducteur représenté sur la figure 1 ; - la figure 5 est un schéma général d'un capteur d'intensité acoustique selon l'invention, permettant de mesurer qu'une seule composante de la vitesse particulaire acoustique ; - la figure 6 est un schéma général d'un capteur de pression acoustique obtenu par simplification du capteur d'intensité acoustique de la figure 1. La description détaillée qui suit est faite indifféremment par 5 référence aux figures annexées. Le capteur d'intensité acoustique 1 selon l'invention assure la conversion, à l'aide d'un gaz ionisé, d'un signal acoustique dont les caractéristiques ne sont pas connues en un signal électrique exploitable et permettant ainsi de remonter aux caractéristiques de ce signal acoustique, c'est-à- 10 dire à la pression acoustique ainsi qu'à la norme et aux différentes composantes de la vitesse particulaire acoustique. On peut donc le qualifier de capteur d'intensité acoustique 1 de type « ionique » ou « à plasma ». Le capteur d'intensité acoustique 1 comprend notamment une 15 alimentation haute tension 10 et un système d'électrodes 11, 12 disposé dans un milieu fluide susceptible d'être soumis au signal acoustique, ce système d'électrodes étant mis sous tension par l'alimentation 10, un moyen de mesure 13 du courant de décharge, un moyen de traitement 15 des mesures issues du moyen de mesure 13 et un moyen de calcul 16. 20 L'alimentation haute tension 10 fournit, entre les électrodes, une tension comprise entre 3000V et 10000V, de préférence de l'ordre de 7000V. Sa borne positive est reliée à la masse, tandis que sa borne négative est reliée à la cathode 11 du système d'électrodes, par l'intermédiaire d'une résistance 14. La résistance 14 présente une valeur R de l'ordre du méghom, à 25 savoir telle que 0,5 < R < 30 Mégohms, pour limiter le courant dirigé vers la cathode 11 à une valeur comprise entre 0,1µA et 200µA . La cathode 11 du système d'électrodes est de type pointe. Elle présente un rayon de courbure pc de l'ordre de quelques dizaines de micromètres, à savoir compris entre 101,tm et 5001.tm, de préférence entre 101am et 100µm.

La cathode 11 peut être réalisée en acier inoxydable. Tout autre matériau susceptible de résister aux agressions chimiques associées au fonctionnement d'une décharge électrique de haute tension peut également être envisagé.

L'anode 12 est une plaque plane. Il peut s'agir d'une plaque plane faite en acier. Tout autre matériau conducteur de l'électricité et susceptible de résister aux agressions chimiques pourrait également convenir. Les dimensions de la plaque doivent cependant être suffisantes pour limiter les effets de bords, c'est-à-dire l'accrochage des lignes de champ électrique par les bords de la plaque, si ces derniers ne sont pas profilés, c'est-à-dire arrondis. Par exemple, pour une distance inter-électrodes d = 3mm, il faut une plaque d'au moins 1cm2. Pour une distance inter-électrodes d = 10mm, il faut envisager une plaque d'au moins 16cm2. La distance d entre la cathode 11 et l'anode 12 est de quelques 15 millimètres, par exemple entre lmm et 10mm, et préférentiellement entre 3mm et Imm. La tension délivrée par l'alimentation 10 doit être correctement choisie pour que le transducteur fonctionne. Plus précisément, cette tension doit être comprise entre deux 20 valeurs seuils Vso et Vs1 telles que Vso < Vsi En effet, lorsqu'on applique une tension négative croissante sur la cathode 11 du système d'électrodes, on observe les régimes de fonctionnement suivants : - Pour V < Vso, on observe une absence de courant électrique ; 25 Pour V compris entre Vso et Vs1, on observe soit un courant pulsé entre les électrodes connu sous le nom du régime des pulses de Trichel, soit un courant électrique sensiblement continu, et donc sans pulse ; Enfin, pour V > Vs1, un arc électrique est produit entre les électrodes.

Par exemple, pour 3mm < d < 10mm et un rayon de courbure de pointe proche de 50µm, on peut ainsi définir 3000 V < Vso < 10000 V et une tension de claquage telle que 10000 Vs1 15000V. En fonction des caractéristiques des électrodes (forme, état de surface et matériau) ou encore de la valeur de l'espacement d entre les électrodes, les valeurs numériques pour Vso et Vs1 sont susceptibles d'évoluer pour obtenir le résultat recherché. Pour une tension d'alimentation inférieure à Vso, il n'est pas possible de récupérer un courant électrique exploitable (absence de courant) permettant de déterminer la pression acoustique à mesurer et/ou la vitesse particulaire acoustique à mesurer. Pour une tension supérieure à la tension Vs1, le capteur d'intensité acoustique 1 peut être endommagé par l'arc électrique. La gamme de tensions utiles est donc la gamme pour laquelle la tension d'alimentation V est comprise entre Vso et Vs1. Dans cette gamme de valeurs, le courant de décharge engendré par le déplacement des particules chargées entre les deux électrodes est exploitable, celui-ci étant stable. Par stable, on entend qu'il n'y a pas de variation erratique du courant de décharge, et que ce dernier conserve en permanence une même forme, à savoir une composante continue (régime dit sans pulse) associée ou non à une composante impulsionnelle régulière en amplitude et en fréquence (régime des pulses de Trichel). En effet, à partir de la valeur seuil Vso, un courant de décharge apparaît. Ce courant de décharge comporte une composante continue et une composante impulsionnelle régulière en amplitude et en fréquence. La composante impulsionnelle tend à disparaître avec l'augmentation de la tension pour ne laisser au fur et à mesure que la composante continue. Dans la gamme de tensions allant de Vso à Vs1, on distingue alors deux régions dans le milieu fluide inter-électrodes.

Ces deux régions sont également celles qu'on observe pour les sources sonores (haut-parleurs) de type « ionique » existantes. On observe ainsi une première région, limitée à une zone très proche de l'électrode de plus faible rayon de courbure et de polarité négative (cathode 11), dans laquelle les processus d'ionisation par choc dominent les processus d'attachement. Les électrons formés dans cette première région sont amenés à se déplacer hors de cette dernière. On observe également une deuxième région, comprise entre la première région et l'électrode de plus grand rayon de courbure (anode 12), dans laquelle les processus d'attachement l'emportent sur les processus d'ionisation. Les électrons issus de la première région se recombinent avec certaines molécules neutres du milieu fluide inter-électrodes (air) pour former des ions négatifs. Sous l'effet du champ électrique, ces ions négatifs s'écoulent vers l'anode, entrent en collision avec les molécules d'air de cette deuxième région et provoquent la mise en mouvement de ces molécules d'air. A cet écoulement de particules chargées (électrons, ions négatifs) dans le milieu fluide inter-électrodes est associé un courant de décharge stable entre la cathode et l'anode. Les lignes d'écoulement des particules chargées forment une zone dite « zone de dérive ». La forme de la zone de dérive est liée à la forme de la cathode 11 et à celle de l'anode 12. L'ensemble des collisions entre les particules chargées et les molécules neutres du milieu fluide inter-électrodes constitue donc l'élément transducteur proprement dit et ce, de manière analogue à ce qui existe pour un transducteur électro-acoustique (haut-parleur) de type « ionique ».

Il n'y a donc pas d'élément mécanique pour assurer la transduction, comme dans les capteurs de pression existants de type électrostatique, piézoélectrique ou électrodynamique, ou dans les capteurs de vitesse particulaire autres que les bancs de mesure mettant en oeuvre des méthodes optiques, ce qui autorise le fonctionnement d'un tel capteur d'intensité acoustique 1 dans les conditions particulières déjà mentionnées ci-dessus.

L'anode 12 représentée sur les figures annexées est divisée en trois parties 12a, 12b, 12c isolées électriquement les unes des autres. Le fait d'avoir trois parties isolées électriquement l'une de l'autre permet d'avoir accès aux deux composantes du vecteur vitesse particulaire situées dans un plan parallèle à celui de l'anode plane 12. Cependant, si l'on souhaitait n'avoir accès qu'à une seule composante de vitesse, deux parties isolées électriquement l'une de l'autre sont suffisantes. La suite de la description est basée sur une anode comportant trois parties isolées électriquement les unes des autres. De préférence, les différentes parties 12a, 12b, 12c sont identiques. Dans ce cas, l'anode 12 peut par exemple présenter la forme d'un disque, mais tout autre forme géométrique pouvant être divisée en plusieurs parties identiques pourrait également convenir. Le fait que les différentes parties 12a, 12b, 12c soient identiques simplifie les traitements et calculs effectuées par les moyens 15, 16, comme cela sera explicité par la suite. Dans le cas d'une cathode 11 en forme de pointe et d'une anode 12 plane, la zone de dérive présente, en l'absence de tout signal acoustique, une symétrie de révolution par rapport à l'axe qui est perpendiculaire au plan de l'anode 12 et qui passe par la pointe de la cathode 11. Par suite, en l'absence de tout signal acoustique, l'écoulement de particules chargées n'est pas affecté, chacune des parties 12a, 12b et 12c de l'anode 12 reçoit sensiblement le même nombre de charges et un courant électrique identique s'écoule dans chaque partie. Cette situation est représentée sur la figure 2, pour laquelle l'anode 12 est un disque dont les différentes parties 12a, 12b et 12c isolées électriquement les unes des autres sont identiques, occupant chacune une zone s'étendant sur un angle de 120° sur la périphérie de l'anode 12. En revanche, lorsqu'un signal acoustique présentant une vitesse particulaire v p qui n'est pas parallèle à la direction de la vitesse v, des particules

chargées, le signal acoustique provoque une déviation de l'écoulement de ces particules chargées, la zone de dérive étant ainsi déformée (la direction de déplacement des particules chargées est parallèle à celle du champ électrique entre les électrodes). Dans ce cas, chaque partie 12a, 12b, 12c de l'anode 12 ne reçoit plus la même quantité de courant de décharge. De préférence, le capteur est disposé de sorte que le vecteur vitesse particulaire se situe dans un plan parallèle à celui de l'anode plane 12. Les composantes de ce vecteur sont alors perpendiculaires à la direction du vecteur vitesse v, des particules chargées. Cette situation est représentée sur la figure 3, pour laquelle le signal acoustique provoque un déplacement i de la zone de dérive des particules chargées. En effet, le capteur ne permet pas d'accéder à la composante de la vitesse particulaire du signal acoustique qui est parallèle à la direction d'écoulement des particules chargées entre les électrodes. Cependant, si cette composante existe, elle peut être mesurée en 15 faisant pivoter le capteur d'un angle de 90°. En mesurant la valeur du courant de décharge Ia(t), Ib(t), I,(t), arrivant sur chaque partie 12a, 12b, 12c de l'anode 12, il est possible d'obtenir, après traitement et calculs, d'une part la pression acoustique et d'autre part la vitesse particulaire acoustique. 20 A cet effet, chacune des parties 12a, 12b et 12c de l'anode 12 est respectivement connectée à un moyen de mesure 13a, 13b, 13c de la valeur du courant de décharge la(t), Ib(t), I,(t), arrivant respectivement sur chaque partie 12a, 12b, 12c. Un moyen de traitement 15 des courants de décharge Ia(t), Ib(t), 25 Ie(t) est disposé en sortie des moyens de mesure 13a, 13b et 13c. Ce moyen de traitement 15 permet de calculer la différence entre les valeurs des courants de décharge reçus par les différentes parties 12a, 12b, 12c isolées électriquement les unes des autres de l'anode, à savoir par exemple Ia(t) - Ib(t) et Ia(t) - I,(t).

Ce moyen de traitement 15 permet également de calculer la somme I(t) = Ia(t) + Ib(t) + I,(t), c'est-à-dire la valeur du courant de décharge arrivant sur la surface totale de l'anode 12. Enfin, un moyen de calcul 16 disposé en sortie du moyen de traitement 15 permet de calculer d'une part, la vitesse particulaire acoustique à partir des quantités Ia(t) - Ib(t) et Ia(t) - Ic(t) et, d'autre part, la pression acoustique, à partir de la quantité I(t) = Ia(t) + Ib(t) + I,(t). Par suite, le moyen de calcul 16 permet de calculer l'intensité acoustique, en effectuant le produit entre la vitesse particulaire acoustique et la pression acoustique ainsi obtenues.

Les mesures des différences d'intensité Ia(t) - Ib(t) et Ia(t) - Ic(t) du courant de décharge entre les différentes parties 12a, 12b, 12c de l'anode 12 sont des données nécessaires pour accéder aux caractéristiques (norme, orientation dans l'espace) de la vitesse particulaire acoustique qu'on cherche à déterminer. La mesure de l'intensité du courant de décharge I(t) arrivant sur la surface totale de l'anode 12 est quant à elle une donnée nécessaire pour accéder à la pression acoustique qu'on cherche à déterminer. Les calculs effectués par le moyen de calcul 16 seront détaillés par la suite. Compte tenu du fonctionnement du capteur d'intensité acoustique 1 selon l'invention, on comprend que les mesures de la pression acoustique et de la vitesse particulaire acoustique s'effectuent d ans un même volume de mesure, à savoir dans le volume inter-électrodes. Il existe donc une unicité de lieu et de temps dans la mesure de la pression acoustique et de la vitesse particulaire acoustique, contrairement aux capteurs existants. En effet, la mesure de la pression acoustique et celle de la vitesse particulaire acoustique utilisent des moyens communs, en particulier l'élément transducteur que forme les collisions entre les particules chargées et neutres du gaz ionisé et par suite, le courant de décharge. La différenciation entre la mesure de

pression acoustique et la mesure de vitesse particulaire acoustique ne s'effectue qu'à partir du moyen de traitement 13. Le fonctionnement d'un capteur d'intensité acoustique 1 est différent de celui d'un transducteur électro-acoustique (haut-parleur) de type « ionique ». En effet, en l'absence de signal acoustique arrivant sur le capteur d'intensité acoustique 1, le courant de décharge entre les électrodes est stable, de l'ordre de quelques dizaines de µA. Puis, lorsqu'un signal acoustique est reçu par le capteur d'intensité acoustique 1, la perturbation acoustique modifie l'écoulement des particules chargées du milieu fluide inter-électrodes entre les électrodes. Par suite, l'intensité du courant de décharge arrivant sur la surface totale de l'anode 12 et la répartition de ce courant de décharge sont modifiées sur les différentes parties 12a, 12b, 12c isolées électriquement les unes des autres.

La variation de pression provoquée par le signal acoustique de fréquence f implique donc une variation du courant de décharge à cette fréquence. La variation de vitesse particulaire provoquée par ce même signal acoustique implique par ailleurs une variation de la répartition du courant de décharge sur les différentes parties isolées électriquement les unes des autres de l'anode, à cette même fréquence f. Les moyens employés dans le capteur d'intensité acoustique 1 diffèrent également de ceux qui sont mis en oeuvre dans un transducteur électro-acoustique (haut-parleur) de type « ionique ». En effet, une source sonore (haut-parleur) de type « ionique » utilise un moyen pour moduler la tension appliquée entre les électrodes ou le courant de décharge, cette modulation s'effectuant dans la gamme de tensions ou de courants utiles. Cette modulation est nécessaire, car c'est elle qui implique une modulation du courant des particules chargées et des collisions avec des molécules

du fluide entre les deux électrodes et par suite, une variation de pression du volume de fluide inter-électrodes. Au contraire, le capteur d'intensité acoustique 1 selon l'invention ne comporte pas de moyen pour moduler le champ électrique appliqué.

Les moyens d'alimentation appliquent une tension électrique constante V entre les électrodes 11, 12, compris dans la gamme de tensions utiles (Vso à Vsi) nécessaire à la création des particules chargées. L'application d'une tension constante entre les électrodes permet d'obtenir, en l'absence de signal acoustique du milieu fluide inter-électrodes, un écoulement de particules chargées auquel est associé un courant de décharge stable, de quelques dizaines de µA. Par suite, lorsqu'un signal acoustique arrive sur le capteur (variation du champ de pression et du champ de vitesse du milieu fluide inter-électrodes), elle provoque d'une part une variation du courant de décharge des ions négatifs, dont on sait qu'elle est exclusivement ou quasi-exclusivement liée à l'influence de le signal acoustique et d'autre part, une modification de la répartition du courant de décharge sur les différentes parties 12a, 12b, 12c de l'anode. Si on faisait varier la tension appliquée entre les électrodes (ou le courant de décharge), il serait délicat de distinguer l'influence du signal acoustique reçu par le capteur, de l'influence de la variation de tension entre les électrodes sur le courant de décharge. Nous allons maintenant détailler les mesures, traitements et calculs effectués par les moyens de mesure 13a, 13b, 13c, le moyen de traitement 15 et le moyen de calcul 16. Les moyens de mesure 13a, 13b et 13c cités ci-dessus forment chacun une chaîne de mesure dont une 13a est représentée sur la figure 4. Le gain de cette chaîne de mesure 13a peut par exemple être de l'ordre de 50dB. Les autres chaînes de mesure sont identiques.

La chaîne de mesure 13a représentée sur la figure 4 comporte : 5 10 15 - un moyen de protection contre les arcs électriques ;

- un moyen de filtrage pour conserver le signal utile dans la bande de fréquences relative aux applications relevant de l'acoustique ; - un convertisseur courant-tension ;

- un voltmètre (non représenté).

Connaissant le gain de la chaîne de mesure 13a et la tension Va(t) grâce au voltmètre, on peut remonter sans difficulté au signal d'intensité correspondant au courant de décharge Ia(t) reçu par la partie 12a de l'anode 12, ce signal Ia(t) ayant été traité par la chaîne de mesure 13a.

Le moyen de protection contre les arcs électriques est par exemple formé, comme représenté sur la figure 4, par des diodes Zener, de préférence montées en opposition.

Une mesure similaire est effectuée par les moyens de mesure 13b et 13c.

Les signaux ainsi conditionnés Ia(t), Ib(t) et Ic(t) en sortie des moyens de mesure 13a, 13b, 13c sont dirigés vers le moyen de traitement 15, lequel fournit la quantité: i (t) = -\/i (t) + iY (t) avec :

20( m a ; iY (t) = 2 (Mac (t) ù Mab (t)) ; Mab (t) = la (t)ù Ib (t) = 3° + ia (t) / 3° + ib (t) = ia (t) ù ib (t) ; et Mac(t)=la(t)ùI,(t)= 3° +ia(t) / 3 +iC(t) =ia(t)ùic(t) i i

La variation du courant de décharge ia(t) arrivant sur l'une 12a 25 des surfaces de l'anode 12, correspond à la différence Ia(t) - Io/3 = ia(t), où Ia(t) est

le courant de décharge reçu sur cette seule surface 12a de l'anode 12 et Io est l'intensité du courant de décharge reçu sur la surface totale de l'anode 12 en l'absence de signal perturbateur. Des remarques similaires peuvent être effectuées pour les variations d'intensités ib(t) et ic(t).

Par ailleurs, on note que les quantités Mab (t) et Mac (t) ne font pas intervenir le courant de décharge 1(t) arrivant sur la surface totale de l'anode 12, ce qui suppose que les parties 12a, 12b et 12c isolées électriquement les unes des autres sont identiques, comme cela est représenté sur les figures 2 et 3. On pourrait toutefois généraliser les calculs en mettant en oeuvre des parties 12a, 12b et 12c différentes les unes des autres. Avec ces signaux, il est alors possible de déterminer la pression acoustique p(t), la vitesse particulaire acoustique (composantes, norme) et par suite, l'intensité acoustique caractérisant le signal acoustique. Ceci est possible par l'intermédiaire du moyen de calcul 16, lequel est par exemple formé par une fiche d'étalonnage.

Détermination de la pression acoustique par le moyen de calcul 15 :

Dans le cas d'un système d'électrodes 11,12 de type pointe-plan séparées par un fluide assimilable à un gaz parfait, tel que l'air, on peut montrer qu'il existe une relation entre la variation de courant de décharge i(t) arrivant sur la surface totale de l'anode 12 et la pression acoustique p(t) correspondante au sein du capteur de pression acoustique 1.

Cette relation s'écrit : i(t) _ ùSe.p(t) (R1) où : S p = Cg. .V.[2V ù V,o ] est la sensibilité du capteur 1 à la pression, et où : 2YPo

C est un coefficient dépendant de la configuration géométrique des électrodes ; Po est la pression statique du fluide ; µ;o est la mobilité des ions négatifs dans le fluide à la pression Po ; Vso est la tension de seuil prise à la pression Po ; V est la tension délivrée par l'alimentation 10 ; y est le rapport des chaleurs spécifiques du fluide considéré.

La variation du courant de décharge i(t) arrivant sur la surface totale de l'anode 12, correspond à la différence I(t) - Io = i(t), où I(t) est le courant de décharge reçu sur la surface totale de l'anode 12 et Io est l'intensité du courant de décharge reçu sur la surface totale de l'anode 12 en l'absence de signal acoustique perturbateur. Le tableau 1 ci-dessous précise des valeurs numériques du coefficient C, en fonction de la distance inter-électrodes d et de la tension de seuil 15 Vs du capteur 1 lorsque la cathode présente un rayon de courbure d'environ 50µm. d (mm) 5 7 9 VS (kV) 3, 3 3, 6 3, 7 C(A.s.m"2) 20 8,9 6,1 .10-9 Tableau 1 Tension de seuil VS et facteur géométrique C associés à une décharge pointe négative plan, fonctionnant dans l'air à la pression atmosphérique, avec une 20 pointe de rayon de courbure pc 50 ,um pour différentes distances inter-électrodes cl, cf. V. Joly (Ref. 1) « étude de capteurs acoustiques à gaz ionisés, Université du Maine, Le Mans (France) ». Pour se fixer les idées, on peut également préciser que la quantité 25 C.u,o a pu être mesurée à 1,94.10-12A/VZ pour une tension de seuil Vs = 3,1kV, une distance inter-électrodes d = 7mm et une cathode de type pointe dont le rayon de courbure est d'environ 50µm dans Réf. 1, dans de l'air à la pression

atmosphérique. Une valeur typique de la mobilité des ions négatifs µ;o à la pression atmosphérique Po et à la température ambiant (To = 20°C) est de 1,8.10-4 m2V-ls"1. Il faut par ailleurs noter que le procédé est susceptible de fonctionner lorsque la distance d inter-électrodes est très inférieure à la longueur de l'onde acoustique de la perturbation. Pour aboutir à la relation (R1), on part de la relation bien connue pour des électrodes pointe-plan exprimant la dépendance entre le courant I (assimilable à I(t)) de décharge reçu sur la surface totale de l'anode 12 et la tension V appliquée entre les électrodes, à savoir : I = C,u; V (V û V,) (R'1) Puis, on exprime la mobilité des ions négatifs µ;, en fonction de la température T, de la pression P et de la mobilité de ces ions µ;o (température To et pression Po). On cherche également une relation similaire exprimant l'évolution de la tension de seuil Vs par rapport à la tension de Vso. Il est possible d'exprimer la mobilité des ions négatifs sous la forme : ,u; = Seo (R'2) où : 6 = T P (R'3) 0 Lorsque le rayon de courbure de l'électrode en forme de pointe est faible (ce qui est le cas dans ces développements tout comme dans les exemples numériques fournis ci-dessus, cf. tableau 1 par exemple), il est également possible d'exprimer la tension de seuil Vs sous la forme : V. = Vso6 (R'4) où : 8 est défini par la relation (R'3). Par ailleurs, dans l'hypothèse où le fluide est un gaz parfait présentant une diffusivité thermique x faible (c'est le cas de l'air), l'interaction entre la perturbation acoustique et le fluide peut être considérée comme répondant à la relation suivante (évolution adiabatique réversible d'un gaz parfait): r T i p \ ;-1 To \ Po L'homme du métier sait que l'évolution pourra être considérée

comme adiabatique réversible si « 40 où co est la vitesse de la perturbation Î

acoustique et f sa fréquence.

La relation (R'4), en combinaison avec la relation (R'2), permet alors d'exprimer la mobilité des ions négatifs µ; sous la forme : (R'4) fut = Iuio (R'5) De manière analogue, la relation (R'5), en combinaison avec la relation (R'2), permet alors d'exprimer la tension de seuil : (p '\2y po ) En insérant les relations R'5 et R'6 dans la relation R'l, puis en linéarisant la relation alors obtenue autour de Po, on obtient alors la relation R1. Grâce à la relation R1, prise en compte par le moyen de calcul 16, on est donc en mesure de relier la variation d'intensité i(t) du courant de décharge, à la pression acoustique p(t) du fluide remplissant le volume inter-électrodes 11, 12 du capteur. Vs = Vso (R'6) 24 Détermination de la vitesse particulaire acoustique par le moyen de calcul 16 : 1 cas : l'anode comporte trois parties isolées électriquement les unes des autres. Dans le cas d'un système d'électrodes 11,12 de type pointe-plan séparées par un fluide assimilable à un gaz parfait, tel que l'air, on peut montrer qu'il existe une relation entre la quantité i x,y(t) et la norme vp de la vitesse particulaire acoustique.

Cette relation s'écrit : ix,Y (t) = Sv3.vp (t) (R2) avec : Sv3 = 1 + C.F3 .d.(V û Vso) est la sensibilité du capteur à la vitesse particulaire 1,6 où :

fi est le rapport entre le courant porté par les électrons sur ceux portés par les ions négatifs ;

C est un coefficient dépendant de la configuration géométrique des électrodes;

F3 est un coefficient associé à la géométrie des lignes de champ électrique entre les électrodes ;

d est la distance inter-électrodes ;

V est la tension délivrée par l'alimentation 10 ; et

Vso est la tension de seuil prise à la pression Po.

Il faut noter que la quantité I. (t) est liée à la quantité I(t) = Ia(t) + Ib(t) + I,(t) par la relation suivante : I; (t) = 11(t) où fi est le rapport entre le courant porté par les électrons sur ceux portés par les ions négatifs. En effet, le courant de décharge mesuré par les moyens de mesure 13a, 13b, 13c sont des

courants obtenus par la collecte des particules chargées (électrons et ions négatifs) se propageant dans le milieu inter-électrodes. Or, comme seuls les ions négatifs sont sensibles au signal perturbateur, il est nécessaire d'apporter une correction dans la relation (R2).

Des valeurs du coefficient C sont fournies par le tableau 1. De plus, le coefficient F3 est obtenu par la relation (R3) suivante : 9, sin(~ ) ù 3 sin3 (9~ ) F 3 47r 1ù cos3 (ec ) avec 0c , l'angle formé entre, d'une part, l'axe de la cathode en forme de pointe (perpendiculaire au plan de l'anode) et, d'autre part, la direction donnée par le segment de droite formé entre l'extrémité de cette pointe et un point de rencontre entre le plan de l'anode et la limite externe de la zone d'écoulement des particules chargées. Cet angle 0, est représenté sur la figure 2. Ainsi, si 0c = 60°, alors F3 0,92 . La relation R3 est valable dans l'hypothèse où les différentes parties 12a, 12b et 12c sont identiques. Par ailleurs, on peut déduire des valeurs de ix et ly l'angle entre yr formé entre le vecteur vitesse particulaire acoustique vp et l'abscisse X d'un repère (X, Y) orthogonal choisi arbitrairement dans le plan formé par l'anode. Un tel repère de coordonnées est par exemple représenté sur la figure 3. La relation (R4) permettant de déduire cet angle y s'écrit : tan(Y) = l (t) Zx (t) 2ème cas : l'anode comporte deux parties isolées électriquement l'une de l'autre Dans ce cas, le moyen de traitement 15 ne fournit que les quantités : I(t) = Ia(t) + Ib(t) et la quantité id(t). La quantité id(t) représente, en (R3) valeur aboslue, l'écart de courant sur l'une ou l'autre des deux parties isolées électriquement l'une de l'autre, en raison de la déviation du nuage d'ions négatifs. Dans la mesure où il n'y a que deux parties, le courant électrique perdu par une partie 12a se retrouve automatiquement sur l'autre partie 12b.

Dans le cas d'un système d'électrodes 11,12 de type pointe-plan séparées par un fluide assimilable à un gaz parfait, tel que l'air, on peut montrer qu'il existe une relation entre la quantité id(t) et la norme vp de la vitesse particulaire acoustique.

Cette relation s'écrit : id (t) = Sv2.v p (t) (R4) avec : Sv2 = 1 C.F2 .d (V û Vso) est la sensibilité du capteur à la vitesse particulaire 1+/3 où :

fi est le rapport entre le courant porté par les électrons sur ceux portés par les ions négatifs ;

C est un coefficient dépendant de la configuration géométrique des électrodes (tableau 1);

F2 est un coefficient associé à la géométrie des lignes de champ électrique entre les électrodes ; d est la distance inter-électrodes ;

V est la tension délivrée par l'alimentation 10 ; et

Vso est la tension de seuil prise à la pression Po. Il faut noter que la quantité I. (t) est liée à la quantité I(t) = Ia(t)

+ Ib(t) par la relation suivante : I; (t) = I (t) où fi est le rapport entre le courant 1+/3 porté par les électrons sur ceux portés par les ions négatifs.

Des valeurs du coefficient C sont fournies par le tableau 1.

De plus, le coefficient F2 est obtenu par la relation (R5) suivante : 3 sin(9C) û 3 sin3 (9j TZ 2r 1ùcos3(9c) avec Oc , l'angle formé entre, d'une part, l'axe de la cathode en forme de pointe (perpendiculaire au plan de l'anode) et, d'autre part, la direction donnée par le segment de droite formé entre l'extrémité de cette pointe et un point de rencontre entre le plan de l'anode et la limite externe de la zone d'écoulement des particules chargées. Cet angle Oc est donc le même que celui qui a été défini sur la figure 2 lorsque l'anode comporte trois parties isolées électriquement les unes des autres. Ainsi, si Oc = 60°, alors F2 z- 0,71.

On revient désormais au ter cas, pour lequel l'anode comporte trois parties isolées électriquement les unes des autres.

L'utilisation d'un convertisseur courant-tension dans les moyens de mesure 13a, 13b et 13c n'est pas obligatoire. Il est toutefois fréquent d'utiliser un voltmètre comme moyen de mesure. La connaissance de courant de décharge 1(t), préalablement traité par des moyens de traitement adéquats (moyen de protection contre les arcs électriques, moyen de filtrage) pourrait convenir.

On comprendra que l'utilisation d'électrodes pointe-plan ne limite pas la portée de l'invention et par suite, que d'autres types d'électrodes peuvent être prévus. Par exemple, une configuration d'électrodes de type fil-cylindre peut être envisagée avec des distances inter-électrodes similaires à celles mentionnées ci-dessus. Une configuration de type fil-plan pourrait également être envisagée. L'anode 12 employée a été divisée en trois parties isolées électriquement les unes des autres. (R5)

On pourrait toutefois diviser l'anode avec un nombre plus élevé de parties isolées électriquement les unes des autres, par exemple quatre ou plus. Dans ce cas, il est nécessaire d'adapter les moyens de mesure et les calculs réalisés par le moyen de calcul 16, ce dernier devant prendre en compte la répartition différente du courant entre les différentes parties de l'anode. Par ailleurs, comme mentionné précédemment, on pourrait ne prévoir que deux parties isolées électriquement l'une de l'autre si l'on souhaite avoir accès qu'à une seule composante de la vitesse particulaire acoustique. Trois parties isolées électriquement les unes des autres au moins sont cependant nécessaires pour obtenir au moins deux relations indépendantes sur les courants de décharge collectés par ces parties pour obtenir la norme et l'orientation de la vitesse particulaire acoustique. L'homme du métier comprendra que le capteur selon l'invention peut être utilisé en tant que capteur de pression ou bien en tant que capteur de vitesse particulaire acoustique. Par ailleurs, le capteur décrit ci-dessus comporte deux électrodes 11, 12 qui ont une double fonction de génération d'un gaz ionisé dans le milieu fluide inter-électrodes et de mesure. Toutefois, on pourrait envisager que le capteur selon l'invention prévoit deux paires d'électrodes, la première paire d'électrodes pour générer le courant de décharge Io stable dans le milieu fluide inter-électrodes, la deuxième paire d'électrodes pour effectuer la mesure de l'évolution du courant de décharge collecté par chacune des parties isolées électriquement l'une de l'autre de l'anode de cette deuxième paire d'électrodes. On pourrait proposer un capteur simplifié, basé sur les principes mis en avant dans le cadre de l'invention, pour effectuer uniquement une mesure de la vitesse particulaire acoustique. Dans ce cas, on pourrait alors proposer un capteur de vitesse particulaire acoustique comprenant : - au moins deux électrodes disposées dans le milieu fluide susceptible d'être soumis à l'évolution de la vitesse particulaire acoustique, l'électrode formant

anode présentant au moins deux parties isolées électriquement l'une de l'autre ; - des moyens d'alimentation électrique pour appliquer une tension constante entre les électrodes dans une gamme de valeurs permettant de générer un courant de décharge stable résultant de l'écoulement de particules chargées en interaction avec le milieu fluide inter-électrodes, les interactions entre les particules chargées et le milieu fluide inter-électrodes formant un élément transducteur, l'orientation des lignes d'écoulement des particules chargées étant susceptible d'évoluer en fonction de l'évolution de la vitesse particulaire acoustique ; - des moyens pour mesurer l'évolution du courant de décharge collecté par chacune des parties de l'anode ; un moyen de traitement susceptible de fournir la différence entre les évolutions des courants de décharge reçus par les différentes parties de l'anode ; - un moyen de calcul pour déterminer la norme de la vitesse particulaire acoustique, à partir des données fournies par le moyen de traitement, à savoir ici la différence entre les évolutions des courants de décharge reçus par les différentes parties de l'anode.

Un tel capteur de vitesse particulaire acoustique ne nécessite pas de connaître l'évolution de l'intensité I(t) arrivant sur la surface totale de l'anode. Toutes les autres caractéristiques techniques décrites pour le capteur d'intensité acoustique peuvent en revanche caractériser ce capteur de vitesse particulaire acoustique.

De manière similaire, on pourrait aussi proposer un capteur simplifié, basé sur les principes mis en avant dans le cadre de l'invention, pour effectuer uniquement une mesure de la pression acoustique. Dans ce cas, on pourrait alors proposer un capteur de pression acoustique tel que représenté sur la figure 5, comprenant :

deux électrodes 11, 12 disposées dans un milieu fluide susceptible d'être soumis à une pression acoustique à mesurer ; des moyens d'alimentation électrique 10 pour appliquer une tension constante entre les électrodes 11, 12 dans une gamme de valeurs permettant de générer un courant de décharge stable Io résultant de l'écoulement de particules chargées en interaction avec le milieu fluide inter-électrodes 11, 12, les interactions entre les particules chargées et le milieu fluide inter-électrodes formant un élément transducteur, la valeur dudit courant étant susceptible d'évoluer en fonction de la pression acoustique ; un moyen de mesure 13 pour mesurer l'évolution du courant de décharge 1(t) généré par la pression acoustique ; et un moyen de calcul 16 pour déterminer la pression acoustique, à partir de la mesure de l'évolution du courant de décharge I(t).

Un tel capteur de pression acoustique ne met pas en oeuvre une anode séparée en plusieurs parties isolées électriquement l'une de l'autre. Il ne met pas non plus en oeuvre le moyen de traitement 15 pour effectuer certaines opérations mathématiques. Toutes les autres caractéristiques techniques décrites pour le capteur d'intensité acoustique peuvent en revanche caractériser ce capteur de pression acoustique. En particulier, ce capteur de pression pourra comprendre l'une au moins des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison : - le moyen de mesure 13 pour mesurer l'évolution du courant de décharge I(t) entre les deux électrodes 1, 2 comprend : • un moyen de protection contre les arcs électriques ; • un moyen de filtrage pour conserver le courant de décharge dans une bande de fréquences relatives aux applications relevant de l'acoustique ; - le moyen de mesure 13 pour mesurer l'évolution du courant de décharge I(t) entre les deux électrodes 1, 2 comprend en outre : • un convertisseur courant-tension ;

• au moins un voltmètre. le capteur comprend une résistance 14 de valeur comprise entre 0,5 et 30 Mégohms disposée en série entre les moyens d'alimentation électrique 10 et la cathode 11 pour limiter le courant alimentant la cathode 11 à une valeur inférieure à 2001.1A, de préférence entre 10µA et 100 µA ; les moyens d'alimentation 10 fournissent une tension constante comprise entre deux valeurs seuils Vo, Vs1 de plusieurs milliers de volts chacune ; les valeurs seuils peuvent être telles que : • la première valeur seuil Vso est comprise entre 3000 Volts et 4000 Volts ; et • la deuxième valeur seuil Vo est comprise entre 10000 Volts et 15000 Volts. la cathode 11 présente une forme de pointe et l'anode 12 une forme de plan ; la cathode 11 présente un rayon de courbure 'De compris entre 101_tm et 500µm, de préférence entre 10µm et 100µm; l'anode 2 est une plaque plane de surface comprise entre 1 et 16cm2 ; les deux électrodes 11, 12 sont séparées l'une de l'autre d'une distance d comprise 1 et 10mm, de préférence entre 3mm et 7mm ; le capteur comportant une cathode 11 en forme de pointe et une anode 12 en forme de plan disposées dans un fluide tel que l'air susceptible d'être soumis à une pression acoustique p(t) à mesurer, pour lequel la variation du courant de décharge i(t) = I(t) ù Io est reliée à la pression acoustique p(t) de l'air par la relation: i(t) = ùSp.p(t) (R1) où : S p = C,uiO V.[2V ù V,o ] est la sensibilité du capteur de pression acoustique 2YPo (1),où: C est une constante dépendant de la configuration géométrique des électrodes ; Po est la pression statique du fluide ; µ;o est la mobilité des ions négatifs dans le fluide à la pression Po ; 5 Vo est la tension de seuil de la décharge à la pression Po; V est la tension délivrée par l'alimentation 10 ; y est le rapport des chaleurs spécifiques du fluide considéré.

- la cathode 11 présente une forme de fil et l'anode 12 présente une forme de 1 o cylindre ; - la cathode 11 présente une forme de fil et l'anode 12 présente une forme de plan. 15

Claims (13)

1. REVENDICATIONS1. Capteur de mesure de l'intensité acoustique (1) d'un signal acoustique dans un milieu fluide, caractérisé en ce qu'il comprend : - au moins une paire d'électrodes (11, 12) disposée dans le milieu fluide susceptible d'être soumis à un signal acoustique, une électrode (12) formant anode présentant au moins deux parties isolées électriquement l'une de l'autre ; - des moyens d'alimentation électrique (10) pour appliquer une tension constante entre la paire d'électrodes (11,12) dans une gamme de valeurs permettant de générer un courant de décharge stable Io résultant de l'écoulement de particules chargées en interaction avec le milieu fluide inter-électrodes, les interactions entre les particules chargées et le milieu fluide inter-électrodes formant un élément transducteur, la valeur dudit courant étant susceptible de varier en fonction de la pression acoustique de la perturbation et l'orientation des lignes d'écoulement des particules chargées étant susceptible d'évoluer en fonction de la vitesse particulaire acoustique de la perturbation ; des moyens (13a, 13b, 13c) pour mesurer l'évolution du courant de décharge collecté par chacune des parties (12a, 12b, 12c) de l'anode (12) ; - un moyen de traitement (15) susceptible de fournir, d'une part, l'évolution du courant de décharge I(t) arrivant sur la surface totale de l'anode (12), cette évolution étant générée par la pression acoustique et, d'autre part, la différence entre les évolutions des courants de décharge reçus par les différentes parties (12a, 12b, 12c) de l'anode (12); - un moyen de calcul (16) susceptible de déterminer la pression acoustique p(t) à partir de l'évolution du courant de décharge I(t), la norme de la vitesse particulaire acoustique à partir des données fournies par le moyen de traitement (15), et l'intensité acoustique en effectuant le produit entre la pression acoustique et la norme de la vitesse particulaire acoustique.
2. 2. Capteur (1) selon la revendication 1, dans lequel chaque moyen (13a, 13b, 13c) pour mesurer l'évolution des courants de décharge collectés par chacune desdites parties (12a, 12b, 12c) isolées électriquement l'une de l'autre de l'anode (12) comprend : un moyen de protection contre les arcs électriques ; un moyen de filtrage pour conserver le courant de décharge dans une bande de fréquences relatives aux applications relevant de l'acoustique.
3. 3. Capteur (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel chaque moyen (13a, 13b, 13c) pour mesurer l'évolution des courants de décharge collectés par chacune desdites parties (12a, 12b, 12c) isolées électriquement l'une de l'autre de l'anode (12) comprend en outre : un convertisseur courant-tension ; un voltmètre.
4. 4. Capteur (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel il est prévu une résistance (14) de valeur comprise entre 0,5 et 30 Mégohms disposée en série entre les moyens d'alimentation électrique (10) et l'électrode (11) formant cathode pour limiter le courant alimentant la cathode (11) à une valeur inférieure à 20011A, de préférence entre 1011A et 100 µA.
5. 5. Capteur (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les moyens d'alimentation (10) fournissent une tension constante comprise entre deux valeurs seuils (Vso, Vsi) de plusieurs milliers de volts chacune.
6. 6. Capteur (1) selon la revendication précédente, dans lequel :V 25 la première valeur seuil Vso est comprise entre 3000 Volts et 4000 Volts ; et la deuxième valeur seuil Vsi est comprise entre 10000 Volts et 15000 Volts.
7. 7. Capteur (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la cathode (11) présente une forme de pointe et l'anode (12) une forme de plan. 10
8. 8. Capteur (1) selon la revendication précédente, dans lequel la cathode (11) présente un rayon de courbure (pc) compris entre 101.tm et 500µm, de préférence entre 101..tm et 100µm.
9. 9. Capteur (1) selon l'une des revendications 7 ou 8, dans lequel les 15 différentes parties (12a, 12b, 12c) isolées électriquement l'une de l'autre de l'anode (12) sont identiques.
10. 10. Capteur (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les deux électrodes (11, 12) sont séparées l'une de l'autre d'une distance d 20 comprise entre 1mm et 10mm, de préférence entre 3mm et Imm.
11. 11. Capteur (1) selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel la cathode (11) présente une forme de fil et l'anode (12) présente une forme de cylindre ou une forme de plan.
12. 12. Capteur (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel il est prévu deux paires d'électrodes, la première paire d'électrodes pour générer le courant de décharge Io stable dans le milieu fluide inter-électrodes, la deuxième paire d'électrodes pour effectuer la mesure de l'évolution du5courant de décharge collecté par chacune des parties (12a, 12b, 12c) de l'anode de cette deuxième paire d'électrodes.
13. 13. Utilisation d'un capteur (1) selon l'une des revendications précédentes, 5 pour mesurer une pression acoustique ou une vitesse particulaire acoustique.