Contribution au développement d'un banc de mesure de la vitesse particulaire acoustique par vélocimétrie laser Doppler (VLD) : évaluation des résultats et applications
Institution:
Le MansDisciplines:
Directors:
Abstract EN:
This research deals with the application of Laser Doppler Velocimetry (LDV) to airborne sound without flow. This sophisticated optical technique is chosen for measuring the acoustic particle velocity as it is only weakly invasive, also for its excellent spatial resolution and its ability to determine the sign of the velocity. First, the characteristics of the optical set-up are established and adjusted to obtain a good quality Doppler signal. Two systems for signal acquisition and processing, one available commercially and the other being developed at the Laboratoire d'Acoustique de l'Université du Maine (LAUM), are assessed in detail for application to acoustic signals. After this, optimal sets of signal processing parameters are determined and used to measure sinusoidal particle velocities in enclosed acoustic fields for frequencies between 200 Hz and 4 kH z and rms velocities between 0. 1 and 10mm/s. The validity of the results is assessed by means of a comparison made with reference values for the velocity determined by derivation from precision measurements of the pressure. The two systems studied show satisfactory and close performance up to 2 kH z for velocities higher than 1 mm/s. Yet the LAUM system is to be preferred as it requires only a very light seeding. Finally these two systems are used in two specific applications, one dedicated to measuring particle velocities radiated in free field and the other to measuring the acoustic power in the resonator of a thermoacoustic refrigerator. The results obtained show the value of LDV as a powerful tool for acoustic velocity measurements.
Abstract FR:
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.