Microscopie acoustique large bande : modélisation des réponses échographiques et validation expérimentale

par Jinchi Zhang

Thèse de doctorat en Génie des matériaux

Sous la direction de Jean-Claude Baboux.


  • Résumé

    Ce travail est une contribution à la microscopie acoustique, large bande. II présente un aspect assez fondamental, du fait de la part importante consacrée à la modélisation des phénomènes acoustiques et à leur validation. Nous nous sommes intéressés à l'étude des réponses échographiques de transducteurs focalisés de très forte ouverture angulaire lorsqu'ils sont placés en face d'un réflecteur plan, immergé dans de l'eau. Deux modélisations de la réponse échographique du transducteur, l'une directement dans le domaine temporel, l'autre par synthèse des réponses harmoniques, ont été développées. Ces deux approches différentes conduisent à des résultats identiques. La méthode d'intégration directe exploite des fonctions de Green temporelles pour le champ acoustique réfléchi. Cette approche imposant un calcul très long compliqué, nous avons eu recours à une méthode de synthèse harmonique qui s'est avérée plus efficace. L'étude préalable du régime harmonique nous a conduit à une expression intégrale des courbes V(z), qui met clairement en évidence la fonction pupille exacte de coupelles uniformes ou non. A partir de ce modèle harmonique, la réponse échographique impulsionnelle a été obtenue par transformée de Fourier inverse analytique. Les réponses calculées sont en excellent accord avec les résultats expérimentaux obtenus à l'aide d'un transducteur concave dont l'élément actif est un film de PVDF, prouvant ainsi la validité de l'hypothèse sur l'uniformité de vibration de la coupelle. Enfin deux applications ont été présentées, démontrant l’intérêt de cette approche impulsionnelle.

  • Titre traduit

    = Wideband acoustic microscopy : echo modelization and experimental validation


  • Résumé

    This work is mainly a fundamental contribution to the wide band acoustic microscopy, due to the important part devoted to the modeling of acoustic phenomena and to their validation. We have been interested in the study of the impulse choreographic responses produced by large aperture spherical transducers immersed in water, in front of various solid plane reflectors. Two models were developed in order to predict these responses, the first operates directly in the time domain and the second makes use of the harmonic synthesis. These two methods lead to identical results. The temporal approach consists in adding the elementary contributions of the transient Green functions for the reflected field. This calculation is complicated and time consuming and therefore we have chosen a more efficient method based on a preliminary study in the frequency domain. For that purposed we derived a new formulation of the well-known V(z) curves, characterised by an exact expression of the pupil function for spherical caps vibrating uniformly or not. By Fourier transforming these exact harmonic results, the impulse echographic response was deduced. In the case of a semi infinite reflector, an interesting analytical expression has been obtained. The numerical simulations are in perfect agreement with the experimental results obtained with a wideband concave transducer, whose piezoelectric element is a thin PVDF film. This proves that our hypothesis, on the uniformity of the vibration of the concave surface, is satisfactory. At last, two applications were presented, demonstrating the interest of this wideband approach.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (240 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr.

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  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées (Villeurbanne, Rhône). Service Commun de la Documentation Doc'INSA.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : C.83(1915)
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