INFLUENCE D'ABSORBANTS SUR LA DIFFUSION ULTRASONORE PAR UNE PLAQUE ÉLASTIQUE

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Submitted on 1 Jan 1990

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INFLUENCE D’ABSORBANTS SUR LA DIFFUSION ULTRASONORE PAR UNE PLAQUE ÉLASTIQUE

O. Lenoir, P. Rembert, J. Izbicki, G. Maze, J. Ripoche

To cite this version:

O. Lenoir, P. Rembert, J. Izbicki, G. Maze, J. Ripoche. INFLUENCE D’ABSORBANTS SUR LA

DIFFUSION ULTRASONORE PAR UNE PLAQUE ÉLASTIQUE. Journal de Physique Colloques,

1990, 51 (C2), pp.C2-455-C2-458. �10.1051/jphyscol:19902108�. �jpa-00230388�

COLLOQUE DE P H Y S I Q U E

Colloque C 2 , supplément au n ° 2 , Tome 5 1 , Février 1990 C2-H55

1er Congrès Français d'Acoustique 1990

INFLUENCE D'ABSORBANTS SUR LA DIFFUSION ULTRASONORE PAR U N E PLAQUE ÉLASTIQUE

O. LENOIR, P. R E M B E R T , J.L. I Z B I C K I , G. M A Z E et J. R I P O C H E

Laboratoire d'Electronique et d'Automatique (ultrasons), CNRS URA 1373, Université du Havre, Place Roiert Schuman, F-76610 Le navre, France

Résumé

La diffusion acoustique par une plaque solide élastique recouverte d'une couche d'absorbant est étudiée. Les effets de la présence de la couche absorbante sur l'amplitude du premier écho et sur les fréquences des résonances sont étudiés en incidence normale. D'autre part les pics de transmission sont déplacés vers les basses fréquences et leur amplitude est diminuée. Un modèle simple est donné afin de comprendre, en première approximation, ces évolutions.

INTRODUCTION

L'isolement des résonances de cibles élastiques de forme simple (plaque,tube,sphère) est expérimentalement possible, soit par une méthode quasi-harmonique <1), soit par une méthode impulsionnelle (2-3). Dans le cas de forme cylindrique ou sphérique, des identifications sont possibles par les deux méthodes précédentes (1,4). Dans les cas précédents, la cible élastique plongée dans l'eau reçoit directement le faisceau ultrasonore incident. Les résultats présentés ici concernent la diffusion acoustique par des plaques immergées dans l'eau et recouvertes d'absorbant.

Deux absorbants différents sont utilisés; dans la suite ils seront appelés ABS1 et ABS2. D'épaisseur 1 cm, ils recouvrent une plaque d'aluminium (masse volumique 2616 Kg/m' , vitesse de phase longitudinale 6560 m/s, vitesse de phase transversale 3300 m/s) d'épaisseur 8 mm. Les transducteurs utilisés, de diamètre 38 mm, sont à large bande, de fréquence centrale 500 kHz utilisables de 200 kHz à 800 kHz environ. A priori les absorbants utilisés doivent "fonctionner" dans une bande de fréquence encore plus basse. La cible est immergée verticalement dans l'eau et reçoit sous incidence quasi- normale un faisceau acoustique. La méthode impulsionnelle numérisée est mise en oeuvre

(2). Après moyennage du signal reçu et, le cas échéant, filtrage temporel, des spectres sont obtenus après application d'une TFD (Transformation de Fourier Discrète). L'échelle verticale de tous les spectres sera logarithmique. Les spectres ne sont pas corrigés de l'influence de la bande passante du transducteur.

RESULTATS. DISCUSSION

En incidence normale, le transducteur fonctionne en émetteur-récepteur; le signal reçu après réflexion et amplification est représenté lorsque la plaque d'aluminium est seule (fig 1) ou recouverte d'ABSl (fig 2) ou recouverte d'ABS2 (fig 3 ) . Pour la plaque seule, on observe, comme il est usuel, un premier écho correspondant à la réponse forcée de la plaque et un deuxième écho (souvent appelé "queue") qui est caractéristique de la réponse élastique de la cible (2). L'un des buts des absorbants est de réduire l'amplitude du premier écho reçu. ABS1 diminue le premier écho de 14,7 dB et ABS2 diminue le premier écho de 20,8 dB. Dans le cas de ABS2, bien que le premier écho soit plus atténué que pour ABS1, le signal temporel montre une réflexion à l'interface ABS2-aluminium; la présence d'un signal s'apparentant à une queue est également visible (fig 3). Une TFD de la totalité du signal fournit le spectre de rétrodiffusion; si le premier écho est filtré, la TFD du signal restant donne le spectre des résonances (2).

Pour la plaque d'aluminium seule, on observe (fig 4 ) , dans le spectre de rétrodiffusion, des variations brusques vers 390 kHz. Ces variations ne sont pas observées pour la structure ABSl-aluminium (fig 5) : dans ce cas,on obtient l'image de

Abstract

This paper deals with the acoustic scattering by a solid elastic plate coated with an absorbent layer. The effects of the absorbent layer on the amplitude of the first echo and on the resonances are studied in normal incidence. The transmission peaks depend on the presence of the absorbent layer : the frequencies of the peaks are shifted and the levels of the peaks are reduced. A simple model is given in order to prove these evolutions.

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphyscol:19902108

COLLOQUE DE PHYSIQUE

la bande passante du transducteur. Par contre des variations plus amples sont détectées avec la structure ABS2-Aluminium (fig 6).

Le spectre de résonances de la plaque seule montre quatre pics (fig 7) correspondant aux modes S1 (390 kHz), S2 (430 kHz), A2 (616 kHz) et A3 (814 kHz). Les modes SI et AS, liés à l'excitation d'ondes transversales, sont détectés à cause du diagramme de diffraction du transducteur : une part de l'énergie acoustique arrive sur la plaque avec un angle d'incidence non nul (2). Le spectre des résonances de la structure ABS1- aluminium est inexploitable : les résonances ne peuvent Btre clairement isolées. Par contre, le spectre des résonances de la structure ABS2-aluminium (fig 8) montre un pic large correspondant au mélange des modes S1 et S2. Ce pic large est sensiblement situé dans le même domaine de fréquence qu'en l'absence d'absorbant. Les pics correspondant à des fréquences plus élevées sont eux indétectables : un absorbant est d'autant meilleur que la fréquence augmente.

Le critère de choix d'un "bon" absorbant ne peut donc pas Btre uniquement basé sur la diminution de l'amplitude du premier écho. Dans le cas étudié ici, c'est celui qui amortit mieux le premier écho qui permet également d'isoler des résonances.

Une étude en transmission a également été menée en incidence normale; les transducteurs émetteurs et récepteurs sont identiques. Les signaux temporels transmis sont voisins, que la plaque soit recouverte d'absorbant (fig 9 avec ABSl et fig 10 avec ABS2) ou pas (fig Il). Le spectre de la totalité du signal transmis par la plaque seule montre (fig 12) quatre pics isolables qui correspondent aux modes précédents CS1 396 kHz, S2 426 kHz, A2 610 kHz et A3 814 kHz). Le spectre du signal transmis par la structure ABSI-aluminium montre (fig 13) deux pics à 380 kHz et 408 kHz. Les fréquences des modes S1 et S2 ont donc été déplacées vers les basses fréquences d'environ 5%. Le niveau des pics a également été diminué : il est passé de -35,3 dB à -52 dB pour S1 et de -43,2 dB à -61 dB pour S2. Dans le cas de la structure ABSZ- aluminium (fig 14), les modes SI et S2 peuvent toujours etre détectés : ils apparaissent aux fréquences 372 kHz et 412 kHz - ils sont décalés vers les basses fréquences - et à des niveaux de -59,5 dB et -61,4 dB respectivement.

Pour la transmission, la présence d'un absorbant devant la plaque métallique a donc pour effet,d'une part, de modifier la fréquence des résonances et,dlautre part,de diminuer l'amplitude des pics de résonance. Cependant, il est possible, en utilisant notamment un moyennage afin de mieux séparer le signal du bruit, d'observer des résonances.

Un modèle simple, consiste à rendre complexe la vitesse de phase longitudinale de l'absorbant supposé fluide et homogène dans l'expression du coefficient de réflexion obtenu par la dthode de Thomson Haskell (5-6); on écrit (7)

*

C L

=-

f + j r ~ avec

Les différentes valeurs num4riques ont été obtenues au laboratoire (8). Le module du coefficient de transmission de la structure absorbantl- aluminium peut Btre tracé (fig 15-16) pour un angle d'incidence de 1' (afin de "simuler" le diagramme de diffraction du transducteur). Le décalage en fréquence trouvé n'est pas le bon (2kHz à la place de 20 kHz>, mais le niveau des pics semble correct. La modélisation de l'absorbant est en cours ainsi qu'une méthode de détection des résonances plus performante.

BIBLIOGRAPHIE

(1) G. KAZE, J. RIPOCHE, Revue Phys. Appl., 18, 319 (1983)

(2) P. DELESTRE, J.L. IZBICKI, G. MAZE, J. RIPOCHE, Acustica, 61, 83 (1986)

(3) M. DE BILLY, J. Acoust. Soc. Am., 79, 219 (1986)

( 4 ) P. PAREIGE, P. REMBERT, J.L. IZBICKI, G. MAZE, J. RIPOCHE, Phys.

Letters, 135, 143 (1989)

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(7) W. NADIGOSKY, R. FIORITO, J. Acoust. Soc. Am., 65, 1105 (1979) (8) 0. LENOIR Thèse de l'Université du Havre (à paraitre)

t

Fiy I Réflexion sur une plaque d'aluminium Fig 2 Réflexion sur la structure ABSI-

Signal temporel aluminium, Signal temporel

- ^{1.4 V 0 2 6 V}

>

i

200

t

200

f

200

Fig 3 Réflexion sur la structure 1BS2- aluminium, Signal temporel

1 _I N

O O. 5 1

Fig 4 Plaque d'aluminium : spectre de rbtrodiffusion

I I N

I I N

-+

O O. 5 1

0 0.5 1

-.

Fiy 7 Plaque d'aluminium : Fiy 8 Structure ABS2/aluminium :

spectre des rCsonances spectre des résonances

l

I I N L I N >

O O. 5 1

O O. 5 1

COLLûQUE DE PHYSIQUE

Fig 9 Structure BBSl/aluminium : signal temporel transmis

Fig 1 1 Plaque d'aluminium : signal temporel transmis I 1 N >

O 0.5 1

I 1 N

>

O 0.5 1

dB A

Fig 14 Structure BBS2laluminium : spectre du signal transmis

I

I

< >

200

Fig 10 Structure BBS2laluminium : I I N

signal temporel transmis

O 0.5 1

BA

ITL

coefficient de transmission avec absorption

Q2.

Fig 15 Structure ABSl /aluminium :

0

coefficient de transmission sans absorption

0.39 0.43

- ^40-

<

200

-80-

s