Étude et conception d'un capteur acoustique sphérique, miniaturisé, codé et autonome

Study and design of a spherical acoustic sensor miniaturized encoded and autonomous

• Auteur / Autrice : Amina Medjdoub
• Direction : Georges Nassar, Fabrice Lefebvre
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique. Acoustique et télécommunications
• Date : Soutenance le 06/11/2014
• Etablissement(s) : Valenciennes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Lille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'Electronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - Institut d'Electronique- de Microélectronique et de Nanotechnologie - Université de Valenciennes / IEMN-DOAE
• Partenaire(s) de recherche : Communauté d'Universités et Etablissements (ComUE) : Communauté d'universités et d'établissements Lille Nord de France (2009-2013)
• Jury : Président / Présidente : Stéphane Serfaty
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Georges Nassar, Fabrice Lefebvre, Mounsif Ech-Cherif El Kettani, Youcef Remram, Guillaume Delaplace
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Mounsif Ech-Cherif El Kettani, Youcef Remram

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ondes sonores

Matériaux viscoélastiques

Matériaux piézoélectriques

Capteurs (technologie)

Mots clés libres

Acoustique

Homogénéité

Capteur sphérique

Milieu hétérogène

Mode vibratoire sphérique

Trilatération.

Acoustic

Homogeneity

Sensor spherical

Heterogeneous medium

Spherical vibrational mode

Trilateration.

Résumé

La caractérisation et l’étude de l’homogénéisation temps réel d’un mélange de produits liquides ou solides présente une opération clé pour de nombreux domaines industriels.Dans le présent travail, nous proposons un modèle de capteur acoustique sphérique miniaturisé et autonome, adapté à des fonctions de caractérisations en ligne des milieux hétérogènes de différentes natures. Ce capteur a la possibilité d’être dispersé dans un système dynamique en constituant un réseau de capteurs géo-localisables permettant une cartographie des propriétés recherchées du milieu. Sa forme sphérique creuse nous offre la possibilité de loger une électronique programmable pour gérer son fonctionnement par unité ou dans un réseau de capteurs identifiés par codage.D’un point de vu mécanique, le résonateur proposé est assemblé à partir de deux demi-sphères faites d'un matériau approprié (Plexiglas dans le cadre de notre étude), le capteur est mis en résonance à l’aide d’un élément piézo-électrique déposé entre les deux demi-sphères ayant la forme d'un anneau.Après une validation expérimentale du système en adoptant le principe de la trilatération, une étude sur l’atténuation et la vitesse de propagation de l’onde acoustique a été effectuée dans différentes solutions à 35 °C; eau, glucose, huile de colza, lait, gel laitier et grain de caillé en suspension (différente taille).

The characterization and the study of real-time homogenization of a mixture of liquid and solid products present a key operation for many industrial sectors.In this work, we propose a model of spherical acoustic sensor miniaturized and autonomous adapted to different functions of characterization online of heterogeneous media of various kinds. This sensor has the ability to be dispersed in a dynamic system by creating a network of geo-localization for mapping desired properties of the medium. Its spherical hollow shape gives us the opportunity to accommodate a programmable electronic for managing its function as a unit or in a sensor network identified by coding.From a mechanical point of view, the proposed resonator is assembled from two hemi-spheres made of a suitable material (Plexiglas in our study), the sensor is brought into resonance by using an element piezoelectric introduced between the two hemi-spheres having the shape of a ring.After an experimental validation of the system by adopting the principle of trilateration, a mitigation study and propagation velocity of the acoustic wave was performed in different solutions at 35 ° C; water, glucose, rapeseed oil, milk, dairy and grain curd gel suspension (different sizes).