Contribution Au Developpement D Un Banc De Mesure De La Vitesse Particulaire Acoustique Par Velocimetrie Laser Doppler Vld

Contribution au développement d'un banc de mesure de la vitesse particulaire acoustique par vélocimétrie laser Doppler (VLD)

Le travail présenté porte sur l'application de la Vélocimétrie Laser Doppler (VLD) au domaine de l'acoustique aérienne sans écoulement. Le choix de cette technique optique pour la mesure de la vitesse particulaire acoustique est retenu en raison de son caractère faiblement intrusif, de son excellente résolution spatiale et de son aptitude à discriminer le sens de la vitesse. Le dispositif optique est tout d'abord caractérisé et ses réglages optimisés de manière à fournir un signal Doppler de bonne qualité. Les performances effectives dans le domaine de l'acoustique de deux systèmes d'acquisition et de traitement du signal, l'un commercialisé et l'autre développé au Laboratoire d'Acoustique de l'Université du Maine (LAUM), sont ensuite précisées. Les jeux de paramètres optimaux pour le traitement des signaux sont mis en évidence à partir de la mesure du mouvement sinusoïdal de la pointe d'une aiguille dont la vitesse instantanée est déterminée par vibrométrie laser. Ces valeurs optimales des paramètres de traitement sont alors utilisées pour mesurer, en champ clos, des vitesses acoustiques sinusoïdales de fréquence comprise entre 200 Hz et 4 kHz et dont la valeur efficace se situe entre 0,1 et 10 mm/ s. La validité des résultats est discutée sur la base d'une comparaison avec des vitesses de référence, dont la précision est analysée soigneusement, déduites d'une mesure de pression. Les deux dispositifs étudiés présentent des performances voisines et satisfaisantes jusqu'à 2kHz et pour des valeurs efficaces de la vitesse supérieures à 1mm/s. L'utilisation du dispositif développé au LAUM est toutefois préférable en raison du faible ensemencement qu'il nécessite. Ces dispositifs ont été utilisés dans deux applications, portant l'une sur l'étude du rayonnement de transducteurs en champ libre et l'autre sur l'étude du flux d'énergie au sein du résonateur d'un réfrigérateur acoustique. Les résultats obtenus montrent que la VLD constitue un outil performant pour l'analyse de certains champs acoustiques.

Actes du 5ème congrès français d'acoustique

Contribution à l'estimation de la vitesse acoustique par vélocimétrie laser Doppler et application à l'étalonnage de microphones en champ libre

La Vélocimétrie Laser à effet Doppler (VLD) est un outil de mesure de vitesse particulaire non-invasif couramment utilisé en mécanique des fluides qui reste cependant encore marginal en acoustique. L'accès à l'information de vitesse particulaire acoustique permet de caractériser les champs acoustiques complexes, autorisant l'étude de phénomènes acoustiques au voisinage de parois vibrantes ou de discontinuités gémométriques par exemple. L'application de la VLD à l'acoustique de l'audible pour des niveaux allant de 60 à 120 dBsPL en présence de faibles écoulements (quelques mm/s) constitue le domaine d'investigation du Laboratoire d'Acoustique de l'Université du Maine depuis le milieu des années 90. Les méthodes de traitement du signal aujourd'hui implémentées sur le banc de mesure appartiennent à la famille des méthodes temps-fréquence donnant accès à la loi de fréquence instantanée (proportionnelle à la vitesse) de la particule lors de son passage dans le volume de mesure. Ces méthodes ont été développées et validées expérimentalement sur une seule bouffée Doppler en présence de très faible écoulement conduisant à une loi de variation de la vitesse de plusieurs périodes acoustiques. L'objectif de cette thèse est double. Dans un premier temps, il vise à développer un traitement de signal qui permette d'estimer la vitesse acoustique à partir de l'analyse de plusieurs bouffées. Dans un deuxième temps, il vise à utiliser la VLD pour estimer une pression acoustique à partir des vitesses acoustiques mesurées au voisinage d'un structure (d'un microphone). La première partie du travail consiste à développer et valider une méthode de traitement du signal, basée sur l'utilisation de la transformée en ondelette, capable de détecter, localiser, classifier (simple ou multiple) les bouffées contenues dans un signal bruité et propose une méthode d'estimation des paramètres acoustiques et de vitesse d'écoulement par utilisation d'une méthode des moindres carrés appliquée au signal de fréquence instantanée estimé suite à la détection des bouffées. La deuxième partie de cette thèse permet d'initialiser des travaux, en collaboration avec le laboratoire d'acoustique d'Edimbourg, sur l'étalonnage de microphone en champ libre par mesures de vitesses acoustiques VLD. Une première étude de faisabilité d'estimation de la pression à partir de mesures de vitesses à une dimension est menée, permettant d'envisager un étalonnage des microphones à réponse en pression. Puis, dans un second temps, une approche analytique basée sur la formulation intégrale de Green propose de développer un modèle à deux dimensions du champ de pression en fonction de la vitesse au voisinage très proche du microphone dans le but d'étalonner les microphones en champ libre.