Etude de capteurs acoustiques à gaz ionisé
Institution:
Le MansDisciplines:
Directors:
Abstract EN:
This thesis deals with acoustic sensors with ionised gas measuring acoustic pressure and acoustic particle velocity in the air. Their principle consits in the coupling between an ionised gas and the surrounding air. The ionised gas is obtained by the electric discharge taking place between a point electrode and a plan placed at some distance (several millimeters). The acoustic field modifies mechanical and electrical behaviour of the ionised gas, thus producing variations of electrical current. Measurement of acoustic pressure or acoustic particle velocity is achived by adjusting electric and geometric configurations of the discharge and the electric circuit. A study of the physical and electrical behaviour of the negative point-to-plan discharge shows on one hand, that the acoustic pressure has a significant influence on the ionic mobility but a less significant one on the onset voltage. Those parameters take part in the semi empirical relationship which describes the electric behaviour of the discharge. On the other hand, the acoustic particle velocity modifies the trajectory of the charged particles in the space between electrodes. These two phenomena can be observed from variations of the electric current. Two electroacoustic models, based on a simple hypothesis, have been developed. The pressure and the velocity sensitivities of the sensors have been defined. They were studied by varying several alectrical and geometrical parameters of the sensors. An experimental device has been designed to characterize the sensors. It allows a comparison between measurements of the sensors and the reference system consisting of two pressure microphones. The first comparison showed a good agreement with theory. Therefore this study constitutes the first step in the development of this kind of acoustic sensors.
Abstract FR:
Ce mémoire est consacré à l'étude de capteurs acoustiques à gaz ionisé dédiés à la mesure de la pression et de la vitesse particulaire acoustiques dans l'air. Le principe de ces capteurs repose sur l'interaction entre un volume d'air localement ionisé et l'air environnant. Le gaz ionisé est créé et entretenu au moyen de décharges électriques obtenues par application d'une haute tension entre une pointe et un plan distants de quelques millimètres. La présence d'une perturbation acoustique modifie les comportements mécanique et électrique du gaz ionisé, entraînant une variation du courant électrique s'écoulant dans le montage. La mesure de la pression ou de la vitesse particulaire acoustique est obtenue en adaptant les configurations électrique et géométrique de la décharge au phénomène physique à observer, ainsi que le circuit de mesure du courant électrique. Une étude des caractéristiques physiques et électriques d'une décharge en configuration pointe négative-plan a permis de montrer que d'une part, la pression a une influence significative sur la mobilité ionique, et dans une moindre mesure sur la tension de seuil, grandeurs qui interviennent dans l'équation semi empirique décrivant le comportement électrique de la décharge. D'autre part, la vitesse acoustique modifie la trajectoire des particules chargées au sein de l'espace inter-électrodes. Ces deux phénomènes peuvent être observés à partir des variations du courant électrique captées par les électrodes planes du montage. Deux modèles électroacoustiques, basés sur des hypothèses simples, ont été développés; ils donnent les sensibilités théoriques de la décharge à la pression et à la vitesse particulaire acoustiques, et ils permettent de prévoir leurs évolutions en fonction des paramètres électriques et géométriques du capteur. Parallèlement à l'étude théorique, un dispositif expérimental a été mis en place afin de pouvoir caractériser chacun des capteurs (pression et vitesse particulaire). Ce banc permet de confronter les mesures de pression et de vitesse particulaire acoustiques obtenues par le capteur à gaz ionisé avec des mesures de "référence" obtenues à l'aide d'un doublet microphonique. Les premières confrontations permettent d'une part de constater que les ordres de grandeur de sensibilité prévus par les modèles sont réalistes, et d'autre part de valider les évolutions en fonction des paramètres du capteur. Ce travail constitue ainsi une première étape dans le développement de ce type de capteurs acoustiques.