Brevet FR2531212A1 — publié le 19840203

La présente invention est relative à un cep teur acoustique d'un type nouveau , plus particulièrement destiné à la recherche pour étudier le bruit rayonne par des structures vibrantes. Ce problème de rayonnement du bruit autour des structures vibrantes se rencontre très souvent dans 1 l'envi- ronnement industriel '. Pour agir efficacement , l'ingénieur doit , non seulement avoir les moyens de diagnostiquer 1' ambiance sonore , mais aussi les moyens de discerner les sources d'émissionsacoustiques les plus gênantes , afin d' en réduire les effets à la source. Si l'on considère une surface émettrice qui viZ bre dans un fluide ( par exemple dans l'air) , elle émet des ondes acoustiques dont la puissance est fonction : - d'une part de la pression régnant dans le fluide au voisi- nage immédiat de la paroi vibrante ; - d'autre part 9 de la vitesse instantanée des mini-déplace- monts de la paroi vibrante @. En général , il est très difficile de mesurer à la fois ces deux paramètres , pression e t vitesse instantanée , car on ne peut pas toujours placer un accéléromètre,ni approcher un microphone conventionnel très près de la paroi vibrante . Par ailleurs , il est fastidieux de quadriller le surface point par point , avec un capteur de contact., pour obtenir une estimation raisonnable de l'intégrale de surface Il n'est pas question non plus de truffer la structure d'ac- céléromètres , eu égard au coût de la mesure et à la masse que cela conduirait a ajouter à la paroi vibrante dont les vibrations se trouveraient ainsi perturbées. La présente invention a pour but d'éviter ces inconvénients , en réalisant un capteur permettant de mesurer localement 9 sans contact avec la paroi vibrante , 1 ' ensemble des deux paramètres P ( pression) et U ( vitesse instantanée de la paroi). Un capteur acoustique selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend un système à réluctance magnétique variable pour mesurer la vitesse instantanée à pro- ximité de la paroi vibrante , ce système étant constitué par un noyau à aimantation permanente sur lequel est enroulée une bobine à courant induit , tandis qu'autour de lui avec un entrefer t se trouve disposée une base en métal magnétique avec laquelle il est en contact par son extrémité opposée tandis que par ailleurs , son noyau aimanté est traversé par un perçage longitudinal à ltarrière duquel est disposé un système capacitif pour la mesure de la pression. Dans ces conditions, on comprend que la pression soit mesurée au milieu de l'extrémité libre du noyau aimanté S lequel crée à cet endroit des lignes de champ magnétiqua se refermant sur la base magnétique environnante si bien qu'il détecte la vitesse instantanée de la paroi vibrante voisine , En effet , les vibrations de cette paroi correspondent pour elle à des petits déplacements qui modifient à chaaue instant la trace des lignes du champ magnétique. Suivant une autre caractéristique de l'invention le système capacitif utilisé pour la mesure de la pression est constitué par un capteur à électret , c'est-à-dire un microphone dont la membrane déformable est prépolarisée alors que la plaque arrière constituant l'autre électrode du con- densateur est reliée à un fil électrique permettant de sortir le signal correspondant aux variations s'exerçant sur le diaphragme. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le capteur comprend trois fils g à savoir une masse commune au système capacitif à électret et au système à réluc- tance magnétique variable , et seulement deux fils dont le premier sort du microphone & électret pour donner un signal correspondant à la pression , alors que le second sort de la bobine dtinduction , pour délivrer un signal électrique caractéristique de la vitesse instantanée de déplacement de a paroi vibrante. Le dessin annexé , donné à titre d'exemple non limitatif , permettra de mieux comprendre les caractéristi- ques de l'invention. Figure 1 est une vue d'ensemble d'un capteur acoustique selon l'invention Figure 2 en est une coupe axiale. Figure 3 est un schéma en coupe axiale illus trant le principe de fonctionnement. On a représenté sur les dessins un capteur acoustique 1 qui se présente sous la forme duun culot fileté 2 susceptible d'être vissé dans tout support désiré. A l'intérieur du culot 2 qui est creux, se trouve le bloc 3 illustré sur la figure 2. Dans sa partie centrale, ce bloc cylindrique comporte un noyau 4 & aimantation permanente. Dans l'axe de ce noyau9 est prévue une perforation longitu- dinale 5 qui débouche à l'avant du capteur par une ouverture de prise de pression 60 Autour du noyau magnétique 4 est enroulé le fil d'une bobine électrique 7. Ce fil comporte une entrée 8 et une sortie 9. Autour de la bobine 7, et avec un entrefer 10, ou prévoit une culasse tubulaire cylindrique il réalisée en un matériau magnétique, tel que par exemple du nickel A l'arrière, la culasse li comporte une partie massive 12 qui est en contact avec le pôle correspondant du noyau aiman- té 4.On supposera par exemple que ce p8le est un pôle sad (figure 2) , si bien qu'à l'avant du capteur , le noyau 4 présente un p8le nord entouré par un pôlesud annulaire de la culasse lie Dans la partie arrière massive 12 da la culasse 11, on loge un microphone électret 13 de type connuçLe diaphragme est prépolarisé et il est relié par un fil électrique 14 à la masse du capteur 9 ainsi que par exemple l'ex- trémité 9 du fil de la bobine d'induction 7. Par contre, le fil 15 qui est relié & à autre électrode du microphone élec- tret 13 permet de sortir un signal électrique dont on verra plus loin qu'il est caractéristique de la pression acoustique. L'extrémité 8 du fil de la bobine d'induction 7 est reliée au cible de sortie du capteur pour délivrer un signal électrique caractéristique de la vitesse instantanée d'une paroi vibrante telle que par exemple 16 (figure 3). En définitive, on voit qu'à l'arrière du capteur 1 selon l'invention, sort un simple câble électrique blindé 17 à deux fils blindés 8 et 15. Le fonctionnement est le suivant Si l'on se propose d'étudier les vibrations acoustiques induites par une paroi vibrante 16 n il suffit de placer à proximité immédiate de cotte paroi 16 4 l'extré- mité avant du capteur 1 .Les pales nord et sud des aimants 4 s 11 , créent à l'avant du capteur des lignes de force qui ont le profil 18 quand la paroi vibrante occupe la po sition référencée 16 et le profil modifié 19 9 quand la paroi vibrante occupe la position éférencée 20 Du fait des déplacements instantanés de la paroi entre les deux positions 16 et 20 la déformation pé- riodique qui en résulte pour les lignes -de champ magnétique entre 18 et 19 induit dans le fil de la bobine 7 un signal électrique achemine par le fil 15 , et qui est caractéris- tique de la vitesse instantanée de vibration de la paroi l. Simultanément , la pression acoustique apparaissant au me endroit dans l'air environnant , est détectée par l'ou- verture 6 et le microphone à électret 13 . Ce dernier émet par le fil 15 un signal caractéristique de cette pression acoustique . En définitive , on rsrrlarquB que le capteur 1 selon l'invention présente le double avantage 9 de mesurer simultanément et au même endroit , la pression acoustique et la vitesse instantanée de la pièce vibran- te 16 ; d'effectuer ces mesures sans avoir à être fixé & la paroi vibrante 16 : il suffît de le placer à proximité e il en résulte à la fois une simplicité pour le montage expérimental , et une grande précision pour les résultats mesure, REVENDICATIONS 1 - Capteur a coustique de proximité,caractérisé on ce qu'il comprend un système à réluctance magnétique va- riable pour mesurer la vitesse instantanée à proximité de la paroi vibrante (19) , (20) , ce système étant constitué par un noyau (4) à aimantation permanente sur lequel est enroulée une bobine (7) à courant induit , tandis qu'autour de lui avec un entrefer , se trouve disposée une base (il) en métal magnétique avec laquelle il est an contact par son extrémité opposée tandisque par ailleurs , son noyau ai manté (4) est traversé par un perçage longitudinal (5 ) à l'arrière duquel est disposé un système capacitif (13) pour la mesure de la pression. 2 - Capteur a coustique suivant la revendication 1 g caractérisé en ee qu'il mesure la pression au milieu de l'extrémité libre du noyau aimanté (4) , lequel crée à cet endroit , des lignes de champ magnétique (18) , (19) , se refermant sur la base magnétique environnante (11) , si bien qu'il détecte la vitesse instantanée de la paroi vibrante voisine (16) 9 (20) 9 entant donné que les vibrations de cet- te paroi correspondent pour elle à de petits déplacements qui modifient à chaque instant le tracé des lignes du champ magnétique. 3 - Capteur acoustique suivant l'une quelconque dos revendications précédentes , caracté risé en ce que le système capacitif (13) utilisé pour la mesure de la pression est constitué par un capteur à électret , c'est-à-dire un microphone dont le diaphragme est prépolarisé et le reste sans alimentation alors que l'autre électrode fixe est reliée à un fil électrique (15) permettant de sortir le signal correspondant aux vibrations. 4 - Capteur acoustique suivant l'une quelconque des revendications précédentes , caractérisé en ce qu'il com- prend trois fils s à savoir une masse (14) commune au systè- me capacitif à électret (13) et au système à réluctance magnétique variable (4) , (7) , (11) , et seulement deux fils (15) et ( 8) dont le premier sort du microphone à électret (13) pour donner un signal correspondant à la pression, alors que le second sort de la bobine d'induction (7) , pour délivrer un signal électrique caractéristique de la vitesse instantanée de déplacement de la paroi vibrante