Brevet FR2618283A1 — publié le 19890120

La présente invention concerne un capteur de pression acoustique comprenant des moyens de protection contre les effets du vent. L'invention vise également une antenne acoustique réalisée au moyen d'un capteur précité. La demanderesse a été confrontée & la nécessité de mesurer, en champ libre, des pressions acoustiques relativement faibles, correspondant à un bruit de l'ordre de 50 dB. Les premières expériences réalisées ont montré la forte influence du vent sur ces mesures. Compte tenu de cette première constatation, la demanderesse a réalisé des mesures complémentaires en laboratoire consistant à crier autour d'un capteur de pression acoustique un écoulement d'air silencieux de vitesse infinie. Ces expériences ont mis en évidence deux causes de signaux parasites émis par le capteur, & savoir: d'une part la pression due à l'écoulement de l'air autour du capteur et d'autre part les vibrations induites par cet écoulement sur le support du capteur et sur le capteur lui-même. Ces signaux parasites correspondent à un bruit parasite d'environ 90 dB pour un vent de 16m/s. Il convient donc d'éliminer ces effets pertubateurs. On connaît déjà des protections de capteur contre le vent. Il s'agit d'un capotage entourant le capteur et dont la conformation dépend de la direction du vent. Si cette direction est connue, par exemple parallèle à un plan fixe, le capotage tend à améliorer l'aérodynamique du capteur en prenant la forme d'un cône ou d'un disque. Si la direction du vent est a priori quelconque, un matériau absorbant est placé autour du capteur pour réduire la vitesse du vent au voisinage de la région sensible de son organe de détection. Par ailleurs, des capteurs connus montés dans un capotage du genre précité comprennent un organe de détection tel qu'un diaphragme coopérant avec un élément piézoélectrique et des circuits électriques, ces éléments étant disposés de manière superposée en un seul bloc placé au centre du capotage. Cette disposition est désavantageuse car elle implique un capotage d'épaisseur importante offrant une plus forte résistance au vent et générant un maître couple important. En outre, l'inertie élevée de l'ensemble formé par l'organe de détection et les circuits associés engendre des vibrations parasites qui perturbent les mesures réalisées par le capteur. Le bruit parasite engendré par un écoulement d'air ou de vent sur un corps aérodynamique profilé comprend trois composantes: une composante principale dite dipolaire, générée par les contraintes exercées par le fluide sur le corps et appelée encore bruit de charge, une composante secondaire dite monopolaire, due au déplacement d'un certain volume de fluide contournant le corps et appelée encore bruit d'épaisseur, et une composante négligeable dite quadripolaire, localisée dans les filets d'air entourant le corps et engendrée par leur variation de section. Les capotages précités ne permettent pas de réduire efficacement les bruits de charge et d'épaisseur précités. D'autres essais ont montré que le vent engendrait des vibrations à l'intérieur du capteur qui mettent en mouvement les uns par rapport aux autres les éléments constitutifs de ce capteur et engendrent de ce fait des contraintes mécaniques sur l'élément sensible de celui-ci, ce qui se traduit par l'apparition d'un bruit parasite supplémentaire. Ce phénomène est d'autant plus important que les libertés de mouvement desdits éléments constitutifs sont grandes et que l'inertie de l'ensemble constitué par l'élément sensible du capteur et les éléments mécaniquement solidaires de cet élément sensible est voisine de l'inertie des éléments reliés élastiquement audit ensemble. Le but de la présente invention est de proposer un capteur de pression acoustique dont les mesures en champ libre ne soient pas influencées par les effets du vent ou d'un écoulement d'air, c'est-à-dire pour lequel les bruits de charge et d'épaisseur et les effets des vibrations induites par le vent sur ses éléments constitutifs soient réduits au minimum. L'invention vise ainsi un capteur de pression acoustique comprenant un organe de détection sensible à la * 5 pression et relié à des moyens électriques pour délivrer un signal électrique indicatif de la pression captée par l'organe de détection, l'ensemble constitué par l'organe de détection et les moyens électriques étant logés dans un corps profilé aérodynamiquement suivant au moins un axe privilégié dudit corps et l'organe de détection ayant un axe de symétrie sensiblement perpendiculaire audit axe privilégié. Suivant l'invention, ce capteur est caractérisé en ce que l'organe de détection est séparé des moyens électriques. ces derniers étant logés à csté de celui-ci à l'intérieur du corps aérodynamique et en ce que l'épaisseur du corps mesurée suivant l'axe de symétrie de l'organe de détection ne dépasse pas sensiblement la hauteur de cet organe. Du fait que les moyens électriques du capteur sont séparés de son organe de détection et logés, à l'intérieur du corps aérodynamique, à c8té de cet organe de détection. on diminue ainsi notablement le volume du corps aérodynamique ce qui réduit de façon importante le bruit de charge tout en diminuant sensiblement le bruit d'épaisseur. On optimise en effet le profil aérodynamique du corps en minimisant sa trainée et sa portance, de sorte qu'il est également moins sensible aux vibrations induites par le vent. Par ailleurs, en découplant mécaniquement les moyens électriques de l'organe de détection, on évite les contraintes mécaniques imposées par les premiers sur le second. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, les conducteurs reliant l'organe de détection aux moyens électriques sont des conducteurs métalliques souples ou des fibres optiques. On minimise ainsi les efforts mécaniques exercés 2618 2 8 3 par les conducteurs précités sur l'organe de détection. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, le matériau constitutif du corps aérodynamique est un matériau bon amortisseur des vibrations dans le domaine des fréquences mesurées par le capteur, tel qu'une résine polycarbonate. On emp9che ainsi la formation d'un bruit parasite due aux vibrations induites par l'action du vent sur le capteur. De préférence, le corps aérodynamique est conformé en cylindre effilé & au moins l'une de ses extrémités dans une direction de vent connue, parallèle & un axe déterminé, ou en soucoupe dont les bords sont profilés dans une direction de vent connue parallèle à un plan déterminé. On contribue ainsi à la réduction des bruits parasites mentionnés dans l'introduction de la présente description gr&ce à une optimisation du profil aérodynamique du capteur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui va suivre. Aux dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs: - la figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinale d'une première forme de réalisation de l'invention, - la figure 2 est une vue schématique de dessus d'une seconde forme de réalisation, - la figure 3 est une vue schématique en coupe longitudinale d'une troisième forme de réalisation de l'invention, - la figure 4 est une coupe longitudinale d'une forme de réalisation industrielle de l'invention, - la figure 5 est une vue de dessus de la forme de réalisation de la figure 4, - la figure 6 est une coupe selon le plan VI-VI al 'CA-A axel ap UOTlqadJp el suep asJino es quelTwT ua 9 aue-qwaw el ap soo40 xne amue;sTsgJ el asTjo^e- ToiJed el V sgTJdoJdde suaAow sno4 jed a9xT+ lsa Tnb 8 aseqwao, Sú anbTuoz awjo. ap 4uawale6 'sanOioeue no anbTq;uAs aJqT4ew ua '8 aseqwa aun Jins anddes 9 aueJqwaw a4a3 b sdjo= np L toejwd el suep queJ^no;a,A-A zaAe npuo*uoz 4sa axe,; uop anbiuom awJo+ ap 9 uoimagp p ap aueJqwaw aun puaJdwao II -anbiilalgazgd adAq np lsa z uoi4zaqp ap o0 aue6jo,! 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L'élément 10 est monté en appui sur un support il par exemple annulaire si l'élément 10 est une pastille circulaire, venu de matière avec la paroi 7 et ménageant entre l'élément 10 et la paroi 7 une cavité lia reliée & l'air libre par un canal 12. La cavité lia et le canal 12 autorisent ainsi la déformation de l'élément piézoélectrique 10 lors des déplacements de la membrane 6, celui-ci engendrant un signal électrique indicatif de cette déformation et par conséquent de la pression appliquée sur la membrane 6. L'organe de détection 2 est composé des éléments coniques 6 et 8, de la poutre 9 et de l'élément piézoélectrique 10. Cet ensemble est logé dans une cavité cylindrique 2a du corps 4. L'épaisseur E du corps 4 ne dépasse guère la hauteur de l'organe de détection 2 mesurée l'axe Y-Y. L'élément 10 est relié aux moyens électriques 3 par des conducteurs souples 13 tels que des conducteurs métalliques ou des fibres optiques, cheminant par exemple dans des canaux 14 ménagés dans la paroi 7 du corps 4. Ces canaux 14 relient ainsi l'élément 10 & des cavités 15 ménagées dans le corps 4 de part et d'autre de l'organe de détection 2. Après mise en place des moyens 3, ces cavités sont remplies d'un matériau dense et bon amortisseur des vibrations tel que la résine epoxy qui immobilise les moyens 3. Les moyens électriques 3 sont par exemple des circuits électroniques adaptateurs ou amplificateurs de charge connus en eux-mêmes et reliés & un circuit de traitement de signal extérieur (non représenté) par des conducteurs 16 traversant la paroi 7 par un canal 17 ménagé dans celle-ci. Les circuits 3 permettent de mesurer et d'amplifier la tension électrique engendrée par la déformation subie par l'élément piézoélectrique 10 sous l'effet de la pression s'exerçant sur la membrane 6. Le corps 4 proprement dit est de préférence réalisé en un matériau dense et bon amortisseur des vibrations tel que le plomb ou le polycarbonate. L'organe de détection 2 peut Etre du type capacitif, pelliculaire ou à fibres optiques au lieu d' tre du type piézoélectrique. Le capteur 1 décrit à la figure 1 est destiné à Etre placé dans un écoulement d'air de direction connue parallèle à l'axe X-X' de ce capteur et repérée par la flèche F ou F' à la figure 1. Le fait de disposer les circuits électroniques 3 de part et d'autre de l'organe de détection 2 permet de réduire l'épaisseur E du capteur 1 et par conséquent de réaliser un corps 4 dont le profil aérodynamique est optimisé. Les extrémités effilées 5 du corps 4 contribuent également à cette optimisation de sorte que les bruits parasites de charge et d'épaisseur induits par les effets d'un écoulement d'air tel que du vent sont réduits au minimum. Le choix de matériaux denses et amortisseurs pour la conception du corps aérodynamique permet également de réduire de façon optimale les vibrations induites par l'écoulement d'air sur le capteur 1 et par là même de réduire tout bruit parasite supplémentaire. Les liaisons électriques souples entre les circuits 3 et l'élément piézoélectrique 10 contribuent à l'immunité du capteur i en réduisant les contraintes internes susceptibles de fausser les mesures. Dans le même but, on choisira pour l'organe de détection 2 des composants de faible inertie. A la figure 1i le support du capteur 1 n'a pas été repésenté. La réalisation de ce support ne posera pas de difficulités pour l'homme du métier. On prendra soin cependant d'éviter que ce support ne transmette des vibrations au capteur en intercalant par exemple entre ce dernier et le support un élément en matériau absorbant. On notera également à la figure I que la sensibilité du capteur 1 a été optimisée en choisissant un diamètre de membrane au moins égal au double de l'épaisseur E du corps 4. Il importe bien entendu, en utilisation, que la membrane 6 du capteur 1 ait son axe Y-Y' perpendiculaire à la direction F ou F' d'écOulement du vent. A la figure 2, on a représenté en vue schématique de dessus un capteur 1A destiné à tre utilisé dans un écoulement d'air dont on sait que la direction reste parallèle à un plan donné (repéré par P à la figure 2). Ce capteur a la forme d'une soucoupe, l'organe de détection 2 étant disposé au centre de la soucoupe. Ainsi, lors de l'utilisation de ce tapteur, les bords 21 de la soucoupe sont disposés parallèlement à la direction du vent située dans le plan P, ce qui permet de réduire traînée et portance du corps aérodynamique 4A utilisé et par conséquent d'obtenir un capteur ayant une bonne immunité aux bruits parasites induits par les effets du vent. Dans le cas du corps 4A conformé en soucoupe, les axes privilégiés XA-X'A correspondent aux axes perpendiculaires au petit axe de révolution de la soucoupe confondu avec Y-Y' et rejoignant les bords 21 de cette soucoupe. La conception interne du capteur de la figure 2 est par ailleurs identique à celle du capteur de la figure 1 et sa description n'est pas reprise. Les références correspondantes apparaissent à la figure 2. Le capteur lB représenté à la figure 3,.qui peut être de conception identique à celui de la figure 1 ou celui de la figure 2, est destiné à tre placé dans un écoulement d'air (ou de vent) de direction indéterminée. Ainsi, le corps 4 de ce capteur est rendu solidaire, en regard de son organe de détection 2, d'un élément support 22, par exemple en matériau bon amortisseur des vibrations, de conformation adaptée à celle du corps 4 qui peut Utre conformé en cylindre ou en soucoupe comme déjà décrit, et fixé à celui-ci par tout moyen approprié. Pour la réalisation de corps 4, on utilisera de préférence un matériau bon amortisseur des vibrations mais plus léger que le plomb tel que le polystyrène expansé. Du c8té opposé au corps 4, l'élément 22 présente 6Z anbillegw allTJB6 aun Jed a)JaAnos.J 8Z aleJiueo aJITelnTJT aJnfJa^no aun a;uasgJd 'anbi4seld a. qTew ua amuaJgmgJd ap 4sa Tnb 9Z alzJa^nom a3 (L aJn6x.TOA^) eot 4uaw9l,l ap L ToJed el suep gJlsemua 4uawallalxJed agiJJe aldwaxa Jed awJo* ap 9Z almJa^nom unp s;gq= sap xnap;uawJo+ SZ s:eldgw sap qsz saseq sa7 JnaxJ9xa,! sJa^.Ja^no 4uawa6Jel soJi aàpQFp un;uewJoi;a eot sdJom ap 4uawglgI ap qg 'e5 qWqJXxa O anbe4q V;uawalqlsuas sgnI;s luos Sz slawwos sal 4uop (G ainti JiOA^) aJelin6uesJ4 awJo+ ap gz s4eld9w xnap aquasgjd eot sdJom ap;uawglgl ap qo0 ame+Jns el 'awsw-alla ua anuuoi uozxdanuoa ap auoMdoJmtw un lsa 94uasgidas aldwaxa,1 suep $nb 31 Jnade i nP;aap naap aue6ioc, gx+ qsa S jenbnp nai$lw ne ',X-X axe.p ianbiJpuilAm aleJigu6 uoqm;as ap 'eot ledxuzJd sdJom ap;uawglg un puaJdwoD 3I Jnaldem np 3t sdJo, al anb;IOA UO '9 la f saJn6i+ xnVi l ain6bx el V amuaJggJ ua s; 4Joep erap squawgll xne sgqla++e luos amuaJg+g oz ap soJgwnu sawiw sal S sagqigjd saJn6i+ xnW -uoua^uAuT,[ ue^Atns 3 Anaqdem unp allteaJsnpuT uoiqesileg ap awJo* aun r ua4uasgJdaJ L À b saJn6Oz sal * s..jn6Tj, JTO^>, a n0 a Uo0_zaiTp a:a l aJTeInDnpuadJad;uawalqTsuas aqsaJ z uoyTqaqgp ap aue6Jo uos ap i-i aTJ;wis ap axe.! anb;a Aie! ap quawalnozql ap,a no a uoiaaJTp el e 4uawalltleed sq;uaTJo lua$os;uawanbiweuApoige 9IF+ojd lsa t ina4dem ap sdjoo al slanbsa! uolas (adnomnos ap awJd u nod ua n u nadod), X -X s$69glT^AJd saxe sal no (anbiJputlAo aledjug6 awJo+ ap O0 inardem un Jnod) cX-X 9T6b9T^$jd axe. anb ajmuew ap awgw -Tnl ap auuo4lxsod as gI jna;dei al 'z l.oddns uos.ns SI inamdez np ginmTlJe a6eluow ne amgJg Jxep 4uawaInoog qam suep auaJu++TpuT aJqxuew ap 94TlJd SI Jnaldem al asodsip uo diJoiid e anuuoo uou uomtqajp p a xp ep uawaIlnomq un suep;xnJq np ainsaw aun jaszIegiJ 4op uonbsiol 6isusu "ja4o^Td Inad z;4oddns luawgl, l allanbel ap Jno1ne la gz ina4dem ap lioddns unp adjep3Tos bZ aInqod aun ins b sdiom np uoixelnmi:Jel qawiad Fnb SúZ anbsJg4dsTwgq;uawapT^ un C-D7QL9C7 Sous cette grille 29 est ménagé un évidement 30 de l'élément de corps 40a. Dans cet évidement 30, s'étend perpendiculairement à l'axe X-X' de l'élément 40a le microphone 2C dont la membrane s'étend sous la grille 29. Comme dans les réalisations précédentes, l'épaisseur du capteur est pratiquement réduite à la hauteur du microphone. Dans l'évidement 30, d'un caté de l'axe de symétrie Y-Y' du microphone 2C, est également logé un circuit amplificateur 3 relié au microphone 2C par une connexion électrique souple 13. L'ensemble formé par le microphone 2C et le circuit 3 est ceinturé par un blindage métallique flexible 31 servant de protection contre les perturbations électriques extérieures. L'évidement 30 est rempli de résine époxy rendant solidaires de la paroi 7 de l'élément 40a le microphone 2C et le circuit 3 ainsi noyés dans la résine. L'une 5a des extrémités de l'élément 40a présente un embout fileté 32 d'axe X-X' solidaire de cet élément 40a, sur lequel est vissé un élément 33 en forme de pointe ou de c8ne destiné à optimiser le profil aérodynamique du capteur 1C pour les raisons explicitées plus haut. L'extrémité 5b opposée présente également un embout fileté 34 d'axe X-X' solidaire de l'élément 40a et permettant la fixation du capteur 1 à un support (non représenté), par exemple du type à rotule tel que décrit en référence à la figure 3. A l'intérieur d'un canal 35 qui traverse axialement l'embout 34 et relie l'évidement 30 à l'extérieur chemine une connexion électrique 36 qui assure la liaison du circuit 3 avec un circuit de traitement de signal extérieur (non représenté). Les régions pleines de l'élément de corps 40a sont de préférence réalisées en résine polycarbonate tandis que l'élément 33 en forme de pointe ou de c8ne est réalisé en matière synthétique tel que le plexiglas (polyméthacrylate de méthyle). -ina.dem ap sdJom np s+3TnqTqsuoa squawgTl salT JaSIegJ inod sST!TTln a lua3eJinod 0o aqT.dojdde aJn;eu ap xnerTjlew sairne,p iTsuTfi SgT[legJ 4a s;xTjp saldwaxa xne ag4Twil sed qsau UOTU^uaAuT 1 npuaqua UaTi auuaqueI J ed qinsaw xnijq np auT 6To, jauTwia4p ap uT+e SZ OS suotxauuoo sap jed xna ai4ua sqTjaJ;uos L0OT 4OT 101 001 sina4dem sap sanbbj;1alg sqTnmzfm sal iuoTiuaA^u, e anbT+Tmgds uou 4a awiw-alla ua anuuoo aJeXuew aa aTlan4ua^g aTnld el ap ag6gloJd aJ3;,p uTie Zb los at sJa^ ag lJp OZ qTos z uoT)a4gp ap aue6Jo Jnal ap aueJqwaw el anb ajeTuew ap 'amedsal suep sgsodsTp 4uawale6 uos 01T 'sZOT 'TOT 001T sJnaedeo saS 'asodsTp 4sa O' auua4ue aBao IanbalT sue xep lunTeB,1 p uawaino3t ap uoap el e quepuodsaijoa ueld awgw un no uoTqmajTp aw w aun e salTTTleed sno4 Sl 3uaTos z uo0$aXgp ap aue6Jo Ànal ap aTdj wAs ap saxe saI anb aigTuew ap (8 aJn6Ti el e sa3xzTW sBTeJ ua euasgJdaJ) lt +T)3t+ aipeej;) unp s4awwos a-4enb xne sgsodsTp LOT ZOT 'TOT '001T sJnadeB a-Jtenb puaeidwo Oi auuaBue a4a3 uoTua^uTl qUe^xns ú1OT ZOT 'TOI '001 sJnafdem ap uaÀow 01 ne agSIeJ awiw-aTlTa ua anuuoo UoiTdazuom ap OQ anblTsnooe auualue aun; uawanbilewgwqs ad)snIIT 8 aJn6x+ el ueTd un alTqleJed anuuom uoTlaBJp ap ATep quawaIno1D un suep saJnsaw sap *JasIegJ V J^Jxas 3Te^ap lTS adnoonos S ua gwJo+uoa aSJ 3eJJlnod Jnaldem aB 'npuapua uaBg8 ' aJn6T+ eTl A aqzqlT el Jed aqquasgJdaJ BanuuoD UOT)oaJtp ap JTep;uauwaIno) un suep gmeTd aJi4 e quilsap 3sa L q t sain6Tz xne amuaJ+gj ua;TJDmP 31 jnaBdez al TT E818L9 REVENDICATIONS 1. Capteur de pression acoustique comprenant un organe de détection (2, 2C) sensible à la pression et relié à des moyens électriques (3) pour délivrer un signal électrique indicatif de la pression captée par l'organe de détection, l'ensemble constitué par l'organe de détection et les moyens électriques étant logé dans un corps (4, 4A, 4C) profilé aérodynamiquement suivant au moins un axe privilégié (X-X', XA-X'A) dudit corps et l'organe de détection (2, 2C) ayant un axe de symétrie (Y-Y') sensiblement perpendiculaire audit axe privilégié, caractérisé en ce que l'organe de détection (2, 2C) est séparé des moyens électriques (3), ces derniers étant loges à cSté de celui-ci à l'intérieur du corps aérodynamique (4, 4A, 4C), et en ce que l'épaisseur (E) du corps (4, 4A, 4C), mesurée suivant l'axe de symétrie (Y-Y') de l'organe de détection (2, 2C), ne dépasse pas sensiblement la hauteur de cet organe (2, 2C). 2. Capteur conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que les conducteurs (13) reliant l'organe de détection (2, 2C) aux moyens électriques (3) sont conçus pour minimiser les efforts mécaniques exercés sur cet organe de détection (2, 2C) par lesdits conducteurs. 3. Capteur conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits conducteurs (13) sont des conducteurs métalliques souples ou des fibres optiques. 4. Capteur conforme à l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens électriques (3) sont rendus solidaires du matériau constitutif du corps aérodynamique (4, 4A, 4C). 5. Capteur conforme à l'une des revendications prEcédentes, caractérisé en ce que le matériau constitutif du corps aérodynamique (4, 4A, 4C) est un matériau bon amortisseur des vibrations dans le domaine des fréquences mesurées par le capteur. 6. Capteur conforme à la revendication 5, caractérisé en ce que le corps aérodynamique (4, 4A, 4C) X sa-4uapipmg-àd suoT;eoTpua^aJ sap aunj V sawjo[fuo (úOT Zol 'TOI 001T) sanbT;snoze sJna;dem ap uaAow ne agstlei;sa aTlanb aa ua isxTJ)eJe '(oQ) anbTsnome auuaquu SOTl (tZ &Z) alnlt2j 1? umi4lnminox)e aunp uaAow ne (qZ) Jna;dem ap 4joddns un e gxT* qsa (t) anbiweuApoige sdJom al anb am ua gsTi;aeJez 'sa;uapgmgjd suoT;emTpuAaJ sap aun.1 e awjo+uom jnaqdeM 6 (V) adnomnos alaa ap aJ4uam ne 01 oa 4uel* (Z) uoTx;=a;p ap aue6JoTl 'adnomnos ua gwJo+uo= sa (