Brevet FR2092802A1 — publié le 19720128

les lentilles acoustiques sont des transformateurs de la nature des ondes sonores de toutes fréquences. Elles transforment une onde sphérique en ondes planes (fig. 5) cas émetteur. Elles concentrent toutes les énergies des ondes planes reçues par une surface 3 en un point 2 (fig. 6) - cas récepteur - Dans ce cas, elles ne reçoivent que des ondes arrivées directes, c1est-à-dire des ondes perpendiculaires à la surface 3, et elles éliminent toutes les autres ondes par des réflexions successives aux parois ou par l'absorption des énergies sonores par la nature des couches extérieures des parois. Une source sonore émettrice placée en 2 (fig: 5) émet des ondes sphériques dans un angle solide S (fig. 2). Quand les ondes incidentes 10 arrivent à la surface paraboloide 4 elles s'y réfléchissent et donnent naissance à des ondes réfléchies 9 parallèles à l'axe de révolution 8. Dans le cas récepteur, les ondes planes 13, reçues par la surface 3, arrivent jusqu'à la surface paraboloide 4 puis se réfléchissent suivant les ondes 14 qui se concentreront en 2. L'arrivée des autres ondes sous un angle incliné quelconque par rapport à la surface 3 sera éliminée par des réflelions successives aux parois, ou par l'absorption des énergies sonores par la matière des couches extérieures des parois. Suivant cette invention, on utilise ces lentilles dans des mesures non destructives pour déceler des choses cachées par la réception des échos sonores. En effet, ces lentilles ne reçoivent que des échos directs d'où elles nous permettent de mesurer facilement les échos. Par cette caractéristique nous pouvons les utiliser dans le songe des nappes de pétrole, dans la détection des navires submergés dans l'eau, dans l'auscultation des Ouvrages d'Art pour déterminer la nature et la qualité de la structure. Pour arriver à ces résultats, les lentilles acoustiques doivent remplir deux conditions suivantes A.- Question de couplage B.- Question de transformation A.- Question de couplage. Une lentille acoustique doit assurer une bonne transmission d'énergie. Pour avoir cela il faut que le facteur soit au maximum. Cela dépend des valeurs de Z1 et Z2 (Jt énergie transmise, JO :énergie initiale, Z1 : impédance acoustique de la lentille, Z2 : impédance acoustique du chantier ausculté). Donc, ctest la question de choisir la matière de la lentille. D'autre part, lors de la propagation dans la lentille l'amortissement des énergies doit être faible. Cela dépend de la fréquence propre de la lentille et. do la fréquence de source émettrice. Donc, c1 est la grandeur de la lentille qu'il faut choisir. En résumé : pour remplir la question de couplage il faut choisir la matière de la lentille et calculer sa grandeur. B.- Question de transformation. Pour avoir des ondes planes parallèles à l'axe de révolution, la lentille doit remplir deux conditions : 1.- Condition de transmission. La loi s in i s in r s in # = = = Cte = (fig 1) V1 V2 V3 doit autre remplie. (V : la vitesse ; i - r - e sont des angles) 2.- Condition d'éqniphase. (Les temps de parcours se sont égaux) x x x Nous avons deux sortes de lentilles : lentilles à ondes réfléchies et lentilles à ondes réfractées. Lentilles à ondes réfléchies.- (fig 4) La forme paraboloïde rempli les deux conditions transmission et équiphase. En effet, la normale én 6 est la bissectrice de l'angle formé par le rayon incident 10 et le rayon réfléchi 9 parallèle à l'axe 8. D'où la loi précédente est remplie car nous avons V1 = V3 et i = #. D'autre part, le rayon vecteur 10 est toujours égal à la distance de 6 à 7. D'où le parcours total de tous les rayons de 2 à 6 et de 6 à 3 est égal à la distance de 7 à 6 et de 6 à 3 donc égale à "a" distance de 7 à 3. Tous les parcours dans un mFme milieu se sont égaux, donc à la sortie de 3 les ondes doivent être équiphases. Bien entendu, la surface paraboloïde 4 doit être revêtu d'une couche de matière (g compris air, eau, liquide etc ...) qui assure la bonne réflexion c'est- à-dire le facteur doit être au maximum. (Jr : énergie réfléchie, Jo énergie émise Z4 : impédance acoustique de 4, Z5 impédance acoustique de lentille). Lentilles acoustiques à ondes réfractées.- (fig 8). Cette lentille est formée par un bloc de matière 19 bien attaché à un bloc de matière 20 par une surface de séparation 16. C'est la forme de la surface 16 qu'il faut calculer pour que la lentille remplisse les conditions de transmission et d'équiphase. Etudions deux formes de là surface 16 : concave et convexe. Forme concave.- (fig 9) A l'aide de la révolution, nous pouvons étudier la surface 16 par la fig 9. Les relations qui déterminent la courbe 16 sont s in i = s in r (1) loi de transmission V19 V20 (V : vitesse) i = r - e t2) relations géométriques &alpha; = #/2 + r (3)# x = # cos e (4) ) Transformation entre coordonnées ) polaires et cartésiennes. y = s in # (5)) # : rayon vecteur 22. dy (6) relation différentielle Posons k = V20/V19 nous avons V19 ( k = s in r s in i d'après les équations (2) et (3) nous avons cos&alpha; cos&alpha; k = = s in(&alpha; - #/2 -#) cos (&alpha; - #) = cos&alpha; = 1 cos&alpha;cos # + s ur(s in 6 cos # + tgR s in e D'où tg&alpha; = # # # ### # (1)' @@@ k s in e Les relations (4)t (5) et (6) nous permettent d'écrire tg&alpha; = ## # ## # # # ## ### # (6) d# cos Q - d ## s in 6 Identifiant avec (1)' on a : 1 - k cos # = d# s in # + d ## cos # k s in e d# cos e - d ## s in 6 d'où d#(cos # - k) = d## s in # En intégrant on a H t Constante d1 intégration. x x D'autre part la condition d'équiphase nous permet drécrire : ravon 22 + rayon 23 r b + c V19 V20 V19 V20 (V : la vitesse) Ou bien + + (b + c) -# cos e = b + c + - + V19 V20 V19 V20 Donc : b - # = b - # cos # V19 V20 Or: Dans ce cas nous avons toujours b > #, d'où k) 1 Avec (7) on peut calculer la valeur H H = b (k - 1) donc avec la condition k > f Forme convexe.- (fig 10) tes relations qui déterminent la courbe 16 sont s in i = s in r (1) Loi de transmission V19 V20 (V : la vitesse) i = # + r (10) ) &alpha; = #/2 - r (11) @ et les 3 relations (4) (5) et (6) nous donnent d# s in # + d ## cos # (6) tg&alpha; = d# cos # - d ## s in # Les relations (1) (10) et (11) nous permettent d'écrire k = s in r = cos&alpha; s in i s in (# - &alpha; + #/2) cos&alpha; cos&alpha; = = cos (#-&alpha;) cos&alpha; cos # + s in&alpha; s in # = 1 cos # + tg&alpha; s in # D'où 1 - k cos # (1)' tg&alpha; = k k s in G Identifiant avec (6)' on a 1 - k cos # = d# s in # + d ## cos # k s in G d # cos # e - d ## s in Q ou bien d# (cos # - k) = d # s in # En intégrant on aura : x x x D'autre part les conditions d'équiphase nous permettent d'écrire ravon 22 + ravon 23 = b + c V19 V20 V19 V20 D'où q (b + c) -# cos e = b + c + = + V19 V20 V19 V20 Donc: # - b = # cos # - b V19 v20 On en tire Dans ce cas on a toujours # cos # > b, d'où : k o. Avec (12) nous pouvons calculer la valeur de H : H = b (1 - k) D'où finalement : avec les conditions : k k tien entendu, les matières i9 et 20 doivent être choisies de telle manière qu'elles assurent la bonne transmission d'énergie. Cettè invention peut être appliquée dans toutes les mesures par ondes sonores réfléchies directes (échos directs). Elles nous permettent de recevoir facilement les échos directs. Tandis que les autres ondes, arrivées suivant une inclinaison quelconque, seront éliminées soient par des réflexions aux parois, soient par l'absorption d'énergie par des différentes couches extérieures des parois. D'autre part, la concentration des énergies nous permet d'ausculter plus profondément dans un milieu. Par ces caractéristiques on peut les utiliser dans des domaines principaux suivants : a) Sondage des nappes de pétrole b) Détection des navires submergés c) Auscultation des Ouvrages d'Art pour trouver l'épaisseur d'une couche (comme pieux, vodte d'un tunnel etc ...) ainsi que déceler des anomalies de la structure (cavités, fissures etc ...). Esemples : a) Sondage des nazies de pétrole (fig 11) On met une charge eYploisive au point 27. Bien entendu la lentille 28 peut supporter cette charge exploisive, d'autre part elle est entourée par une matière anti sonore 34 qui isole l'exploision avec l'extérieure. D'après l'exploision, les ondes planes 29 pénètrent dans des différentes couchés géologiques 35 ; quand elles traversent la surface de séparation des deux couches différentes elles donnent une partie d'énergie en réflexion, ceci arrive à la lentille 52 sous forme des ondes planes 30 et se concentrent au point 31 où on met un capteur. Le signa; reçu par ce capteur aura la forme de la fig 12.Le temps To indique le moment de ltesploision, les temps T1, T2 et T3 etc ... indiquent la profondeur de chaque couche et les énergies reçues E1, E2, E3, etc ... nous permettent d'estimer la nature de chaque couche. En effet, connaissant la vitesse V1 et le temps parcours (T1 - To) on peut calculer la distance parcourue d'où la profondeur de la 1ère couche. En connaissant les énergies reçues E1 on peut estimer la nature de la 2e couche par la formule R : pouvoir réflecteur en énergie, J : énergie réfléchie, J énergie r o initiale et Z : impédance acoustique. Il faut compter l'amortissement des énergies dans la 1ère couche. Or, en connaissant R et Z1 on en déduit Z2 d'où la nature de la 2e couche; et ainsi de suite La matière 33 (fig 11) joue le rôle d'élimination toutes les autres ondes différentes des échos directs. b) Auscultation des Ouvrages d'Jzt.- (Pl. IV-4) Mettons un émetteur qui donne des chocs périodiques au point 27. La source sonore passe à travers la lentille 28 et émet des ondes planes 29 qui pénètrent à l'intérieur du pieu 39 et donne des échos directs 30 qui passe à travers la lentil le 32 et se concentrent au point 31 où l'on met un capteur. (fig 13). Le capteur donne un signal de la forme de figure 14. Le temps To indique le départ du choc émetteur placée au 27. Le temps (T1 - To) donne la réponse au niveau du défaut 37 et le temps (T2 - To) correspond à la réponse au fond du pieu. L'énergie E1 nous permet d'estimer la nature du défaut 37. S'il s'agit d'une cavité on aura une réflexion quasi totale d'où E1 est grande ; au contrrrr, une fissure donne une réflexion partielle d'où E1 est petite. On peut l'appliquer aussi dans l'auscultation par transparence (fig 15). En dehors de la zone 38 on nra reçu théoriquement aucune énergie. S'il existe un défaut dans la zone 38, l'énergie reçue au point 31 sera diminuée. Si elle diminue beaucoup c'est une cavité ; au contraire c'est une fissure. Pour localiser le faisceau 38 on augmente la surface de contact 42 (fig 16) d'où le faisceau d'énergie 41 sera amincit et on aura une bonne localisation. En effet on a : s in A = 1,22 : : longueur d'onde, D diamètre de la surface 42. x x x De meme manière on peut les appliquer dans la détection des navires submergés. REVENDICATIONS 1 - Instrument permettant de transformer une source sonore sphérique en une source sonore plane, Caractérisé par la méthode de réflexion ou de réfraction des ondes sonores dans un milieu solide, ou la combinaison de réflexions ou réfractions. 2 - Instrument permettant de concentrer toutes les énergies sonores reçues par une surface en un point, Caractérisé par les réflexions ou réfractions des ondes sonores dans un milieu solide, ou la combinaison de réflexions et réfractions. 3 - Pour arriver à un résultat favorable cet instrument doit avoir une forme précise, Caractérisé par les raisonnements dans la partie description comme raisennement de base pour déterminer la forme de cet instrument. 4 - Selon la revendication 3, Caractérisé par la forme parabolorde entière ou partielle, ou les dérivées de cette forme (par exemple : ellipsoide, hyperboloSde etc...) utilisant les ondes réfléchies ou réfractées ou toutes les deux. 5 - Selon la revendieation 3, Caractérisé par la forme de la surface de séparation qui a une équation 1 - k = b cos # - k ou ses dérivés suivant les raisonnements de base décrits dans la partie description.