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EP0944035B1 - Procédé et dispositif de focalisation d'ondes acoustiques - Google Patents

Procédé et dispositif de focalisation d'ondes acoustiques Download PDF

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Publication number
EP0944035B1
EP0944035B1 EP99111417A EP99111417A EP0944035B1 EP 0944035 B1 EP0944035 B1 EP 0944035B1 EP 99111417 A EP99111417 A EP 99111417A EP 99111417 A EP99111417 A EP 99111417A EP 0944035 B1 EP0944035 B1 EP 0944035B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
acoustic
medium
process according
location
duration
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP99111417A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP0944035A2 (fr
EP0944035A3 (fr
Inventor
Mathias Fink
Jacques Lewiner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
POUR LES APPLICATIONS DU RETOURNEMENT TEMPOREL Ste
Original Assignee
POUR LES APPLICATIONS DU RETOURNEMENT TEMPOREL Ste
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by POUR LES APPLICATIONS DU RETOURNEMENT TEMPOREL Ste filed Critical POUR LES APPLICATIONS DU RETOURNEMENT TEMPOREL Ste
Publication of EP0944035A2 publication Critical patent/EP0944035A2/fr
Publication of EP0944035A3 publication Critical patent/EP0944035A3/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP0944035B1 publication Critical patent/EP0944035B1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10KSOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/18Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound
    • G10K11/26Sound-focusing or directing, e.g. scanning
    • G10K11/34Sound-focusing or directing, e.g. scanning using electrical steering of transducer arrays, e.g. beam steering
    • G10K11/341Circuits therefor
    • G10K11/346Circuits therefor using phase variation
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04RLOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R27/00Public address systems

Definitions

  • the present invention relates to methods and devices for focusing and temporal compression of acoustic energy.
  • acoustics must be taken in a general sense, without limiting it to audible frequencies. It is even likely to apply to radio waves, as they have a propagation mode that is close to that of acoustic waves.
  • the invention is applicable in many fields of the art, among which may be mentioned the following.
  • the invention concentrates an acoustic energy at a given location.
  • This location may for example be that of a fixed target that we seek to locate or destroy. This last case is that of lithotripsy or the destruction of a tumor in the body. It is also the destruction of an explosive device, such as a mine.
  • the location (or a set of such locations) can still be located on an industrial chain where are successively presented objects to each receive one or more impulses of acoustic energy, intense, brief and localized.
  • Such methods perform energy focusing on a target, i.e., spatial energy compression.
  • the present invention aims in particular to achieve, in addition to a spatial compression by focusing, a temporal compression of energy.
  • the invention proposes in particular a method as set forth in claim 1.
  • step (a) a pulse of duration less than ten periods, and preferably five, of the fundamental period in the case of resonant transducers will be sought.
  • the second duration is chosen to correspond to the spread of the arrival times of the acoustic energy having traveled through the multi-diffuser medium by all the possible paths within this medium, at least as long as the energy transmitted remains appreciable. .
  • multi-diffuser medium means a medium deliberately placed between the target location and the transducer array, and in which are scattered or distributed elements reflecting or diffusing the acoustic energy individually, with a weak absorption, of a nature to cause a spread of at least an order of magnitude of the duration of the initial pulse.
  • the nature of such a multi-diffuser medium by the average free path 1 of the acoustic waves in this medium, that is, that is, the distance over which an incoming initial plane wave completely loses the memory of its initial direction.
  • This mean free path 1 is equal to 1 / n ⁇ where n is the density of the scattering elements and ⁇ is their scattering cross section.
  • the free path is smaller when ⁇ is large, which is obtained when the frequency of the acoustic waves is close to the resonant frequencies of the elements.
  • These elements can be of very different natures. They may be including rods, flakes, balls, gas bubbles, reflective particles.
  • the average dimension has particles such that 2 ⁇ a / ⁇ is of the order of the unit, ⁇ being the wavelength of the acoustic waves emitted, or the wavelength corresponding to the central frequency of the emitted spectrum.
  • the thickness e of such a medium (length occupied between the target location and the network) must be greater than the average free path ; a thickness of at least five times is often desirable.
  • the reflective elements of the multi-diffuser medium can be further distributed around the periphery of the propagation medium. They may in particular consist of impedance discontinuities between the propagation medium and the external medium.
  • the multi-diffuser medium then comprises an acoustic channel between the location of concentration of the waves and the transducers, the walls of which by means of multiple reflections, the temporal spreading of the initial pulse, and the despreading of the return waves.
  • step (b) the recording takes place during a time window which, in particular when an acoustic signal is likely to come from several different locations, is chosen according to the selected location and the nature middle.
  • the multi-diffuser medium an angular aperture, seen from the concentration site, which is clearly greater than the angular aperture of the grating, we also obtain a resolution of the refocusing spot that is much finer than in the case of a homogeneous medium.
  • the scattering medium acts, after time reversal, as a transmitter whose angular aperture, seen from the location, can be much greater than the angular aperture in which the network is seen.
  • the principle implemented by the invention is apparent from the foregoing.
  • the acoustic return signals (step (c) above) run in the diffuser medium of the inverse paths of those previously traveled, insofar as the medium does not evolve or has a slow evolution (typically with displacements of the diffusers not causing a change in the length of the multicast paths by more than 1/10 of the shortest length of wave for which the spectrum emitted has an appreciable power) because of the principle of the reverse return.
  • the re-transmitted acoustic wave undergoes all the multiple scatterings and / or reflections in an inverted chronology of that of the go and reforms at the output of the medium the initial acoustic wave, constituted by a short pulse.
  • the multi-diffuser medium When the multi-diffuser medium is totally or partially surrounded by reflective surfaces for the waves, all the re-transmitted energy is concentrated on the chosen location during the duration of the initial pulse, and a much higher gain is obtained.
  • the classical antenna gain due to focusing since it is multiplied by a temporal compression factor.
  • high powers can be concentrated when the multi-scatter medium causes a large elongation, which can be of the order of 100 and more.
  • Another aspect of the invention relates to a device for focusing and temporally compressing acoustic energy as set forth in claim 13.
  • the figure 1 shows the multi-diffuser medium 10 interposed between a source 12, which constitutes a target situated at a location where the concentration will take place, and an array of transceiver transducers 14 connected to a circuit 16 having as many transmission paths -reception that there are transducers.
  • This circuit 16 has a constitution of the kind already described in the documents EP-A-0 383 650 and EP-A-0 591 061 .
  • the tests were carried out with a target 12 constituted by a hydrophone provided with an excitation circuit 18 and capable of emitting short pulses, of 1 microsecond, with a central frequency of 3 MHz.
  • the multi-diffuser medium 10 consists of rods 0.5 mm in length, with an average spacing of the order of 2 mm.
  • the thickness e of the medium was 45 mm.
  • the width w was of the order of 120 mm.
  • Circuit 16 included, for each channel, an analog-digital converter, a memory organized in Queue and reading means with reverse chronology and amplification.
  • a measurement of the characteristics of the return wave that has passed through the medium 10 has shown that the beam refocuses on an area having a width, at -6 dB, substantially equal to ⁇ F / w, where F is the distance between the exit plane of the multi-diffuser medium and the target.
  • This focal spot is finer than it would have been in the absence of the multi-diffuser medium.
  • the latter indeed has an angular aperture, seen from the target, much higher than the transducer array 14.
  • the device schematically illustrated on the figure 2 (where the bodies corresponding to those already shown in figure 1 are designated by the same reference number) is intended to concentrate, on a passive target 12, a brief and intense pulse, with low power transmission means.
  • a multi-diffuser medium 10 is interposed between the piezoelectric transducer array 14 and the target 12.
  • the transducers 14, or at least some of them, are provided for sending to the target 12, which is reflective, a brief pulse at the frequency of the acoustic waves to be concentrated. It is also possible to use different transducers for the first illumination (step (a) above) and for reception and re-transmission (steps (b) and (c)).
  • the multi-diffuser medium 10 is provided an opening 20 of sufficient size to allow the passage of a brief illumination firing, without diffusion. The illuminated target returns, to the multi-diffuser medium 10 and the transducer array 14, the wave which is then returned temporally.
  • the wave received and reflected by the target 12 can have the variation in time shown schematically in figure 3A .
  • This type of signal a few basic and broadband periods, can be obtained in particular using transducers in composite technology.
  • the echo signal received by a particular transducer will then have, because a part of the less than the reflected energy has undergone multi-diffusion, a pace that is for example that shown on the figure 3B .
  • means such as mirrors 22 may be arranged around the multi-diffuser medium 10, so as to reduce the re-emission of acoustic energy to directions other than that of the target and / or or to constitute an acoustic channel.
  • the signal returned by each transducer 14 is not obtained by analog amplification of the returned signal, but by return of a signal consisting of alternately positive and negative pulses, each having the same duration and the same sign that the corresponding alternation ( figure 3C ).
  • the multi-diffuser medium 10 is placed opposite the target 12 relative to the transducer array 14.
  • the first illumination is performed by an additional transmitter 24 (in the direction f0 of the figure 4 ).
  • the acoustic energy reflected by the target 12 passes twice through the medium 10, with an intermediate reflection on a mirror 26, as indicated by the arrow f1.
  • the network 14 also re-transmits towards the mirror 26 (arrow f2).
  • step (a) it is sought to concentrate energy in a predetermined area of space, the target component, which has previously been selected.
  • step (a) can only be performed during a calibration phase. Subsequently, the energy concentration is performed by repeating step (c).
  • This last embodiment allows in particular to transmit messages that can be received with a high power and intelligibly in a specific area.
  • the multi-diffuser medium must then be completely stationary.
  • the amplifier provided on the channel associated with the transducer i will be provided so that the emission by the transducer is of the form ei ( ⁇ -t) ⁇ s (t), ⁇ being a fixed delay, identical for all the transducers.
  • the demodulation will be performed in a conventional manner, regardless of the modulation of the signal s (t).
  • the array of transducers may be unfocused with respect to the target and oriented towards a wall of the underwater acoustic channel, such as the surface or the bottom.
  • the multi-diffuser medium 30 does not comprise randomly distributed elements in the volume of the propagation medium, but only reflective elements distributed on its surface, thus defining a channel or acoustic waveguide.
  • the array of transducers 14 is placed at one end of this waveguide.
  • the calibration source 12 is placed at the other end of the waveguide 30.
  • the numerous reflections on the reflecting wall spread the duration of the initial pulse at the level of the grating 14, and inversely compress this duration during the focused re-emission to the location initially occupied by the calibration source.
  • a transducer 24 is placed near the end of the waveguide 30 to illuminate the reflecting target 12 in the opposite direction to the guide 30 during the initial step.
  • the transducer 24 can be fixed by means of a frame which does not impede the propagation of the waves, such as three wires oriented radially with respect to the axis of the guide, at 120 ° from each other.
  • the portion of the short illumination beam returned by the target 12 to the guide 30 then undergoes multiple reflections that spread its duration. After time reversal and amplification, the energy will focus on the reflecting target 12 if it has not moved too much.
  • Transducers and an associated circuit will not be described here in a complete manner, making it possible to implement the methods mentioned above. Indeed, the constitution of the circuits can be similar to that already given in the earlier patent applications mentioned above. It is only necessary that the queued memories for recording the complex signal received by the transducers 14 have sufficient capacity. The capacity of these memories will have to be further increased if it is desired to store the waveforms previously recorded relative to several distinct locations, which can be selected at will in the re-transmission phases. The gain of the amplifiers provided on each transducer channel will be, for a given power to be concentrated, a function of the time spreading effected by the multi-scattering medium 10.

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Description

  • La présente invention est relative aux procédés et dispositifs de focalisation et de compression temporelle d'énergie acoustique. Le terme "acoustique" doit être pris dans un sens général, sans le limiter aux fréquences audibles. Il est même susceptible de s'appliquer aux ondes radio-électriques, dans la mesure où elles ont un mode de propagation qui se rapproche de celui des ondes acoustiques.
  • L'invention est applicable dans de nombreux domaines de la technique, parmi lesquels on peut citer les suivants.
  • L'invention permet de concentrer une énergie acoustique en un emplacement donné. Cet emplacement peut par exemple être celui d'une cible fixe qu'on cherche à localiser ou à détruire. Ce dernier cas est celui de la lithotritie ou de la destruction d'une tumeur dans le corps. C'est aussi celui de la destruction d'un engin explosif, tel qu'une mine.
  • L'emplacement (ou un ensemble de tels emplacements) peut encore être situé sur une chaîne industrielle où sont successivement présentés des objets devant recevoir chacun une ou plusieurs impulsions d'énergie acoustique, intenses, brèves et localisées.
  • Elle permet également la communication entre une station et un récepteur placé à l'emplacement où se concentre l'énergie, avec une discrétion assurée par le caractère sélectif de la concentration d'énergie ; plusieurs récepteurs peuvent être prévus, au prix d'une distribution d'énergie.
  • On connaît déjà des procédés d'examen d'un milieu pour y repérer des cibles réfléchissantes et/ou de destruction des cibles, utilisant le retournement temporel des signaux reçus par les transducteurs piézo-électriques d'un réseau, avant ré-émission (document EP-A-0 383 650 ).
  • De tels procédés effectuent une focalisation d'énergie sur une cible, c'est-à-dire une compression spatiale d'énergie.
  • La présente invention vise notamment à réaliser, en plus d'une compression spatiale par focalisation, une compression temporelle d'énergie.
  • Dans ce but, l'invention propose notamment un procédé tel qu'énoncé dans la revendication 1.
  • En général, on recherchera, au cours de l'étape (a), une impulsion de durée inférieure à dix périodes et de préférence cinq, de la période fondamentale en cas de transducteurs résonants.
  • La seconde durée est choisie pour correspondre à l'étalement des temps d'arrivée de l'énergie acoustique ayant parcouru le milieu multi-diffuseur par tous les chemins possibles au sein de ce milieu, du moins aussi longtemps que l'énergie transmise reste appréciable.
  • on entend par "milieu multi-diffuseur" un milieu délibérément placé entre l'emplacement-cible et le réseau de transducteurs, et dans lequel sont dispersés ou répartis des éléments réfléchissant ou diffusant individuellement l'énergie acoustique, avec une absorption faible, de nature à provoquer un étalement d'au moins un ordre de grandeur de la durée de l'impulsion initiale. Dans le cas d'une répartition quasi-aléatoire des éléments dans le volume du milieu de propagation, on peut définir la nature d'un tel milieu multi-diffuseur par le libre parcours moyen 1 des ondes acoustiques dans ce milieu, c'est-à-dire par la distance sur laquelle une onde plane initiale entrante perd complètement la mémoire de sa direction initiale. Ce libre parcours moyen 1 est égal à 1/n σ où n est la densité volumique des éléments diffuseurs et où σ est leur section efficace de diffusion. Le libre parcours est d'autant plus petit que σ est grand, ce qui est obtenu lorsque la fréquence des ondes acoustiques est proche des fréquences de résonance des éléments. Ces éléments peuvent être de natures très diverses. Ils peuvent être notamment des tiges, paillettes, billes, bulles de gaz, particules réfléchissantes. Typiquement, la dimension moyenne a des particules est telle que 2πa/λ soit de l'ordre de l'unité, λ étant la longueur d'onde des ondes acoustiques émises, ou la longueur d'onde correspondant à la fréquence centrale du spectre émis.
  • Lorsqu'on recherche un étalement important de la durée d'une impulsion et un facteur de compression élevé, l'épaisseur e d'un tel milieu (longueur occupée entre l'emplacement-cible et le réseau) doit être supérieure au libre parcours moyen ; une épaisseur d'au moins cinq fois est souvent souhaitable.
  • Les éléments réfléchissants du milieu multi-diffuseur peuvent encore être répartis à la périphérie du milieu de propagation. Ils peuvent notamment consister en des discontinuités d'impédance entre le milieu de propagation et le milieu extérieur. Le milieu multi-diffuseur comporte alors un canal acoustique entre l'emplacement de concentration des ondes et les transducteurs, dont les parois réalisent par des réflexions multiples, l'étalement temporel de l'impulsion initiale, et le désétalement des ondes de retour.
  • Au cours de l'étape (b), l'enregistrement s'effectue pendant une fenêtre temporelle qui, notamment lorsqu'un signal acoustique est susceptible de provenir de plusieurs emplacements distincts, est choisi en fonction de l'emplacement sélectionné et de la nature du milieu.
  • On peut encore remarquer qu'en donnant au milieu multi-diffuseur une ouverture angulaire, vue de l'emplacement de concentration, nettement supérieure à l'ouverture angulaire du réseau, on obtient également une résolution de la tache de refocalisation beaucoup fine que dans le cas d'un milieu homogène. Le milieu diffuseur agit, après retournement temporel, comme un émetteur dont l'ouverture angulaire, vue de l'emplacement, peut être très supérieure à l'ouverture angulaire sous laquelle est vu le réseau.
  • Le principe mis en oeuvre par l'invention ressort de ce qui précède. Les signaux acoustiques de retour (étape (c) ci-dessus) parcourent dans le milieu diffuseur des chemins inverses de ceux parcourus antérieurement, dans la mesure où le milieu n'évolue pas ou n'a qu'une évolution lente (typiquement avec des déplacements des diffuseurs n'entraînant pas une modification de la longueur des chemins de diffusion multiple de plus d'1/10 de la plus petite longueur d'onde pour laquelle le spectre émis présente une puissance appréciable) du fait du principe du retour inverse. L'onde acoustique ré-émise subit toutes les diffusions et/ou réflexions multiples dans une chronologie inversée de celle de l'aller et reforme à la sortie du milieu l'onde acoustique initiale, constituée par une impulsion courte.
  • Lorsque le milieu multi-diffuseur est, totalement ou partiellement, entouré de surfaces réfléchissantes pour les ondes, toute l'énergie ré-émise est concentrée sur l'emplacement choisi pendant la durée de l'impulsion initiale, et on obtient un gain très supérieur au gain d'antenne classique dû à la focalisation, puisqu'il est multiplié par un facteur de compression temporelle. Même avec des transducteurs de faible puissance ou des amplificateurs à faible gain, on peut concentrer des puissances élevées lorsque le milieu multi-diffuseur provoque un allongement important, qui peut être de l'ordre de 100 et davantage.
  • Un autre aspect de l'invention se rapporte à un dispositif de focalisation et de compression temporelle d'énergie acoustique tel qu'énoncé dans la revendication 13.
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description détaillée suivante d'une de ses formes de réalisation, donnée à titre d'exemple non limitatif, en regard des dessins joints.
  • Sur les dessins :
    • la figure 1 est un schéma de principe montrant les conditions d'un essai destiné à prouver la faisabilité du procédé selon l'invention ;
    • la figure 2 est un schéma d'un premier mode de réalisation ;
    • les figures 3A à 3C montrent l'allure des signaux acoustiques ; et
    • les figures 4 à 6 montrent trois variantes de réalisation.
  • Pour faire apparaître l'intérêt de l'invention, on donnera tout d'abord les résultats d'essais effectués en utilisant, comme milieu multi-diffuseur, des tiges métalliques parallèles réparties de façon quasi aléatoire et ayant un diamètre de l'ordre de la longueur d'onde □ de l'énergie acoustique. La figure 1 montre le milieu multi-diffuseur 10 interposé entre une source 12, qui constitue une cible située à un emplacement où s'effectuera la concentration, et un réseau de transducteurs 14 émetteurs-récepteurs, reliés à un circuit 16 ayant autant de voies d'émission-réception qu'il y a de transducteurs. Ce circuit 16 a une constitution du genre déjà décrit dans les documents EP-A-0 383 650 et EP-A-0 591 061 .
  • Les essais ont été effectués avec une cible 12 constituée par un hydrophone muni d'un circuit d'excitation 18 et capable d'émettre des impulsions brèves, de 1 microseconde, avec une fréquence centrale de 3 MHz. Le milieu multi-diffuseur 10 est constitué de tiges de 0,5 mm de longueur, avec un espacement moyen de l'ordre de 2 mm. L'épaisseur e du milieu était de 45 mm. Le libre parcours moyen, pour la longueur d'onde considérée, était d'environ 1 = 7 mm. La largeur w était de l'ordre de 120 mm.
  • L'onde acoustique sphérique émise par la cible 12, dont la partie émettrice avait un diamètre de l'ordre de 0,5 mm, subit des diffusions multiples, sans dissipation notable du fait de la réflectivité du métal. Le réseau de transducteurs 14 comportait 48 transducteurs et le circuit associé 16 était prévu pour enregistrer les signaux individuels sur des durées d'environ 100 microsecondes, correspondant à l'étalement des temps d'arrivée des ondes acoustiques ayant parcouru le milieu multi-diffuseur par tous les chemins possibles.
  • Le circuit 16 comportait, pour chaque voie, un convertisseur analogique-numérique, une mémoire organisée en file d'attente et des moyens de lecture avec une chronologie inversée et d'amplification.
  • Une mesure des caractéristiques de l'onde de retour ayant traversé le milieu 10 a montré que le faisceau se refocalise sur une zone ayant une largeur, à - 6 dB, sensiblement égale à λF/w, F étant la distance entre le plan de sortie du milieu multi-diffuseur et la cible. Cette tache focale est plus fine qu'elle ne l'aurait été en l'absence du milieu multi-diffuseur. Ce dernier présente en effet une ouverture angulaire, vue de la cible, beaucoup plus élevée que le réseau de transducteurs 14.
  • Le dispositif schématiquement illustré sur la figure 2 (où les organes correspondant à ceux déjà montrés en figure 1 sont désignés par le même numéro de référence) est destiné à concentrer, sur une cible passive 12, une impulsion brève et intense, avec des moyens d'émission de faible puissance.
  • Dans ce cas encore, un milieu multi-diffuseur 10 est interposé entre le réseau de transducteurs piézo-électriques 14 et la cible 12. Les transducteurs 14, ou au moins certains d'entre eux, sont prévus pour envoyer sur la cible 12, qui est réfléchissante, une impulsion brève à la fréquence des ondes acoustiques à concentrer. Il est également possible d'utiliser des transducteurs différents pour la première illumination (étape (a) ci-dessus) et pour la réception et la ré-émission (étapes (b) et (c)). Dans le milieu multi-diffuseur 10 est ménagée une ouverture 20 de dimension suffisante pour permettre le passage d'un tir d'illumination bref, sans diffusion. La cible illuminée renvoie, vers le milieu multi-diffuseur 10 et le réseau de transducteurs 14, l'onde qui est ensuite retournée temporellement. L'onde reçue et réfléchie par la cible 12 peut avoir la variation dans le temps montrée schématiquement en figure 3A. Ce type de signal, de quelques périodes fondamentales et à bande large, peut notamment être obtenu à l'aide de transducteurs en technologie composite. Le signal d'écho reçu par un transducteur particulier aura alors, du fait qu'une partie au moins de l'énergie réfléchie a subi la multi-diffusion, une 17 allure qui est par exemple celle montrée sur la figure 3B.
  • Pour réduire les pertes d'énergie acoustique, des moyens tels que des miroirs 22 peuvent être disposés autour du milieu multi-diffuseur 10, de façon à réduire les ré-émissions d'énergie acoustique vers des directions autres que celle de la cible et/ou à constituer un canal acoustique.
  • Dans une variante simplifiée de réalisation, le signal retourné par chaque transducteur 14 n'est pas obtenu par amplification analogique du signal retourné, mais par retour d'un signal constitué d'impulsions alternativement positives et négatives, ayant chacune la même durée et le même signe que l'alternance correspondante (figure 3C).
  • Dans la variante de réalisation montrée en figure 4, le milieu multi-diffuseur 10 est placé à l'opposé de la cible 12 par rapport au réseau de transducteurs 14. Dans ce cas, la première illumination est effectuée par un émetteur supplémentaire 24 (suivant la direction f0 de la figure 4). L'énergie acoustique réfléchie par la cible 12 traverse deux fois le milieu 10, avec une réflexion intermédiaire sur un miroir 26, comme indiqué par la flèche f1. Le réseau 14 ré-émet lui aussi vers le miroir 26 (flèche f2).
  • Dans un autre cas encore, on cherche à concentrer de l'énergie dans une zone déterminée de l'espace, constituant cible, qu'on a préalablement sélectionnée. Dans ce cas, l'étape (a) peut n'être effectuée qu'au cours d'une phase d'étalonnage. Ultérieurement, la concentration d'énergie s'effectue en répétant l'étape (c).
  • Ce dernier mode d'exécution permet notamment de transmettre des messages qui ne pourront être reçus avec une puissance élevée et de façon intelligible que dans une zone bien déterminée. Le milieu multi-diffuseur doit alors être complètement stationnaire.
  • Dans ce cas, si l'onde acoustique reçue au cours de l'étape (b) par un transducteur i est représentable par ei(t) et le message à transmettre est de la forme s(t), l'amplificateur prévu sur la voie associée au transducteur i sera prévu pour que l'émission par le transducteur soit de la forme ei (τ-t) ⊗ s(t), τ étant un retard fixe, identique pour tous les transducteurs. La démodulation s'effectuera de façon classique, quelle que soit la modulation du signal s(t).
  • Pour la transmission sous-marine, par exemple à partir d'un bâtiment ou d'un robot sous-marin, le réseau de transducteurs peut être dépointé par rapport à la cible et orienté vers une paroi du canal acoustique sous-marin, comme la surface ou le fond.
  • Dans les variantes de réalisation des figures 5 et 6, le milieu multi-diffuseur 30 ne comporte pas d'éléments répartis aléatoirement dans le volume du milieu de propagation, mais seulement des éléments réfléchissants répartis à sa surface, définissant ainsi un canal ou guide d'onde acoustique. Le réseau de transducteurs 14 est placé à une extrémité de ce guide d'onde.
  • Dans le cas de la figure 5, la source d'étalonnage 12 est placée à l'autre extrémité du guide d'onde 30. Les nombreuses réflexions sur la paroi réfléchissante étalent la durée de l'impulsion initiale au niveau du réseau 14, et compriment inversement cette durée lors de la ré-émission focalisée vers l'emplacement initialement occupé par la source d'étalonnage.
  • Dans le cas de la figure 6, un transducteur 24 est placé près de l'extrémité du guide d'onde 30 pour illuminer la cible réfléchissante 12 en direction opposée au guide 30 lors de l'étape initiale. Le transducteur 24 peut être fixé au moyen d'une monture n'entravant pas la propagation des ondes, telle que trois fils orientés radialement par rapport à l'axe du guide, à 120° les uns des autres. La partie du bref faisceau d'illumination renvoyée par la cible 12 vers le guide 30 subit alors les réflexions multiples qui étalent sa durée. Après retournement temporel et amplification, l'énergie se concentrera sur la cible réfléchissante 12 si elle ne s'est pas trop déplacée.
  • On ne décrira pas ici de façon complète des transducteurs et un circuit associé permettant de mettre en oeuvre les procédés ci-dessus mentionnés. En effet, la constitution des circuits peut être similaire à celle déjà donnée dans les demandes de brevet antérieures précédemment mentionnées. Il est seulement nécessaire que les mémoires organisées en file d'attente destinées à enregistrer le signal complexe reçu par les transducteurs 14 aient une capacité suffisante. La capacité de ces mémoires devra encore être augmentée si on souhaite stocker les formes d'ondes préalablement enregistrées relativement à plusieurs emplacements distincts, ultérieurement sélectionnables à volonté dans les phases de ré-émission. Le gain des amplificateurs prévus sur chaque voie de transducteurs sera, pour une puissance donnée à concentrer, fonction de l'étalement temporel réalisé par le milieu multi-diffuseur 10.

Claims (16)

  1. Procédé de focalisation et de compression temporelle d'énergie acoustique en au moins un emplacement, suivant lequel :
    a) on provoque l'émission depuis ledit emplacement (12) d'une impulsion acoustique courte, de première durée,
    b) on recueille sur un réseau de transducteurs (14) et on enregistre, pendant une seconde durée, supérieure d'au moins un ordre de grandeur à la première durée, les signaux acoustiques provenant dudit emplacement à travers un milieu multi-diffuseur (10;30) dans lequel sont dispersés ou répartis des éléments réfléchissant ou diffusant individuellement l'énergie acoustique, avec une absorption faible, de nature à provoquer un étalement d'au moins un ordre de grandeur de la durée de l'impulsion initiale ; et
    c) on émet vers le milieu multi-diffuseur, à partir des dits transducteurs (14), des signaux de retour obtenus par inversion temporelle et amplification de ceux recueillis pendant la seconde durée.
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on donne, au milieu multi-diffuseur (10;30), une ouverture angulaire, vue dudit emplacement (12), supérieure à l'ouverture angulaire du réseau (14).
  3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on amplifie les signaux inversés temporellement avec un gain fonction croissante du retard d'arrivée sur les transducteurs.
  4. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les signaux de retour au cours de l'étape (c) sont d'amplitude constante et ont le signe des signaux enregistrés.
  5. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on module les signaux de retour par un message à transmettre.
  6. Procédé selon la revendication 1 à 5, caractérisé en ce que l'on effectue une seule fois les étapes (a) et (b) au cours d'une phase d'étalonnage et en ce qu'on émet des signaux de retour de façon répétitive, le milieu multi-diffuseur (10;30) étant stationnaire.
  7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le milieu multi-diffuseur (10) comporte une ouverture (20), et en ce que l'étape (a) comporte l'émission depuis le réseau de transducteurs (14) d'un faisceau d'illumination à travers l'ouverture du milieu multi-diffuseur, et la réflexion du faisceau d'illumination par une cible réfléchissante (12) définissant ledit emplacement.
  8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'étape (a) comporte l'émission depuis un transducteur (24) n'appartenant pas au réseau (14) d'un faisceau d'illumination, et la réflexion du faisceau d'illumination par une cible réfléchissante (12) définissant ledit emplacement.
  9. Procédé selon l'une quelconque des revendications à 1 à 8, caractérisé en ce que ledit milieu multi-diffuseur comprend un milieu de propagation et des éléments réfléchissants répartis.
  10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que les éléments réfléchissants sont répartis dans le volume du milieu de propagation.
  11. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que les éléments réfléchissants sont répartis à la périphérie du milieu de propagation.
  12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que les éléments réfléchissants sont constitués par des discontinuités d'impédance acoustique entre le milieu de propagation et le milieu extérieur.
  13. Dispositif de focalisation et de compression temporelle d'énergie acoustique en un emplacement, comprenant :
    - des moyens (18;24) pour provoquer l'émission d'une impulsion acoustique brève depuis ledit emplacement (12) ;
    - un réseau de transducteurs (14) ;
    - un milieu multi-diffuseur (10;30) destiné à être interposé entre le réseau de transducteurs et ledit emplacement, et dans lequel sont dispersés ou répartis des éléments réfléchissant ou diffusant individuellement l'énergie acoustique, avec une absorption faible, de nature à provoquer un étalement d'au moins un ordre de grandeur de la durée de l'impulsion initiale ;
    et agencé pour étaler temporellement ladite impulsion acoustique de façon à augmenter sa durée d'au moins un ordre de grandeur au niveau du réseau de transducteurs, le réseau de transducteurs étant commandé pour émettre des signaux acoustiques obtenus par inversion temporelle et amplification de signaux acoustiques captés en réponse à l'émission de ladite impulsion.
  14. Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'épaisseur du milieu multi-diffuseur (10) est sensiblement supérieure au libre parcours moyen des ondes dans ce milieu.
  15. Dispositif selon la revendication 13 ou 14, caractérisé en ce qu'il comporte de plus des moyens définissant un canal acoustique.
  16. Dispositif selon la revendication 15, caractérisé en ce que le réseau de transducteurs est orienté vers une paroi du canal acoustique.
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