Mesure des performances électro-acoustiques

5.1 Intégration dans des transducteurs ultrasonores de type mono-élément

_{𝑒𝑥𝑐𝑖𝑡𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛}

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Mesure des performances électro-acoustiques

5.1 Intégration dans des transducteurs ultrasonores de type mono-élément

5.1.3 Mesure des performances électro-acoustiques

Une fois les caractérisations d’impédance effectuées, les performances du transducteur

mono-élément sont obtenues via la mesure de sa réponse électro-acoustique dans l’eau. Cette

mesure permet entre autres d’accéder à la fréquence centrale, à la bande passante et à la

sensibilité du transducteur.

Méthodes de caractérisation électro-acoustique

Afin de mesurer sa réponse électro-acoustique, le transducteur est immergé dans l’eau et

connecté à un générateur d’impulsions électrique. Ce générateur excite le transducteur qui

envoie alors dans l’eau une onde ultrasonore. Une cible d’impédance acoustique très différente

de celle de l’eau est placée face au transducteur et permet de réfléchir quasi-intégralement

l’onde acoustique. L’onde réfléchie sur cette cible, appelée « écho », revient alors vers le

transducteur. Le signal d’émission ainsi que le signal de réception (écho) sont finalement

mesurés à l’aide d’un oscilloscope. Deux types de caractérisation sont alors réalisés en fonction

du signal d’excitation dans le transducteur et sont présentés ci-dessous.

Figure 5-5 – Schématisation d’une mesure par oscilloscope de la réponse électro-acoustique

d’un transducteur par la méthode (a) de pulse-écho et (b) de burst-écho

Pulse-écho : Dans le cas de cette méthode, le signal d’émission consiste en une impulsion

électrique de très courte durée. Cette méthode est souvent utilisée car elle est rapide à mettre

en place. De plus, la mesure s’effectuant dans le cadre d’un régime impulsionnel, la méthode

se rapproche des conditions d’utilisation réelles des transducteurs. À partir de l’écho reçu

(Figure 5-5(a)), une transformée de Fourier est réalisée pour obtenir le spectre dont le

maximum correspond à la fréquence de résonance f

du transducteur. On peut, de plus,

déterminer à partir de ce spectre la bande passante (BP) du transducteur. Elle peut être

déterminée à plusieurs seuils de sensibilités différentes mais elle est souvent mesurée à un seuil

de -6 dB. La bande passante à -6 dB (BP

) correspond alors à l’intervalle de fréquence dans

lequel toutes les valeurs sont supérieures à -6 dB. Pour finir, on définit f

comme la fréquence

centrale du transducteur, qui est la fréquence se situant au centre de cet intervalle. La BP est

généralement normalisée par rapport à cette fréquence et exprimée en pourcentage. À noter

que f

n’est pas forcément égale à f

.

Burst-écho : Cette méthode consiste à envoyer un train d’onde (ou burst) comme signal

d’émission au transducteur (Figure 5-5(b)). Le train d’onde envoyé correspond à une

sinu-soïde parfaite possédant un nombre de cycles fini. Cette méthode est plus longue à mettre en

place car il faut reconstruire la bande passante point par point, chaque point correspondant

à la fréquence de la sinusoïde utilisée. La méthode du burst-écho permet aussi d’accéder à

un autre paramètre qui est la sensibilité du transducteur (reliée à la perte d’insertion). Elle

s’exprime en dB en fonction du rapport de l’amplitude maximale 𝐴

de l’écho dans le

domaine temporel sur l’amplitude 𝐴

du signal émis :

𝑆 = 20 log(︁ 𝐴

𝐴

)︁

(5.2)

Comparaison des transducteurs mono-élément plomb/sans-plomb

La Figure 5-6 compare les réponses électro-acoustiques des deux transducteurs

carac-térisés par pulse-écho. Le signal d’émission est le même pour les deux transducteurs. Les

échos des deux transducteurs peuvent ainsi être comparés et on observe que la sensibilité

du TR-Pz26 est légèrement supérieure à celle du TR-BT. On a en effet une différence de

sensibilité de +1,6 dB entre ces transducteurs. Les fréquences centrales sont très proches :

4,4 et 4,3 MHz pour le TR-Pz26 et le TR-BT respectivement mais le TR-Pz26 a une bande

passante à -6 dB supérieure : 30% contre 22% pour le TR-BT (Tableau 5.2). Le TR-Pz26

semble donc plus performant que le TR-BT. Cependant, les mesures en burst-écho effectuées

à l’aide d’un générateur 50 Ω nuancent ce propos. En effet, le Tableau 5.2 nous montre

que dans le cas d’une mesure en burst-écho, le TR-BT a une BP

= 29% supérieure à la

BP

= 26% du TR-Pz26, pour une fréquence centrale identique de 4,3 MHz. De plus, la

mesure de sensibilité montre que les deux transducteurs présentent une sensibilité équivalente

d’environ -20 dB. Ces résultats sont de plus cohérents avec la simulation à l’aide du schéma

KLM des dispositifs. En effet, on trouve avec cette simulation BP

= 28% et S = -23,7 dB

pour le TR-BT et BP

= 29% et S = -22,9 dB pour le TR-Pz26.

Figure 5-6 – Réponses électro-acoustiques reçues des transducteurs fabriqués avec le Pz26

et avec le (BTCa

Co

Nb

, 1% Li

CO

) mesurées par pulse-écho

Pulse-écho Burst-écho

f

(MHz) BP

𝑆 = 20 log^(︁ ^𝐴