Mesure et analyse de signaux acoustiques chirp
Mesure à distance et sans contact de vibrations acoustiques sur une large gamme de fréquences, à l’aide du vibromètre laser Doppler Ommatidia Q2.
Ce test démontre la capacité du vibromètre laser Doppler Q2 d’Ommatidia à générer, enregistrer et mesurer optiquement des signaux chirp acoustiques à large bande. Les résultats confirment une reproduction fidèle du signal et une mesure fiable des vibrations sans contact physique.
Objectif du test
L’objectif de ce test était de démontrer la capacité de l’Ommatidia Q2 à mesurer avec précision un signal acoustique dans une large gamme de fréquences, c’est-à-dire à être utilisé comme instrument de détection sonore à distance. Les résultats obtenus montrent que le Q2 mesure fidèlement le chirp programmé, prouvant que le signal mesuré correspond au signal de référence généré lors du test.
Équipement utilisé
L’équipement utilisé lors du test était le vibromètre laser Doppler Ommatidia Q2, faisant partie de la série d’instruments Q basés sur la technologie FMCW Laser RADAR (Frequency Modulated Continuous Wave). Le Q2 est un instrument à haute résolution conçu pour mesurer la vitesse ou le déplacement d’une surface sans contact physique.
Le système intègre une architecture de détection cohérente multicanal composée de 65 faisceaux laser simultanés. Grâce à ses circuits intégrés photoniques (PIC), le Q2 peut traiter plusieurs canaux optiques en parallèle, permettant la mesure simultanée de vibrations.
Dans cette expérience, les données provenant d’un seul faisceau ont été utilisées, tirant parti de la capacité du Q2 à extraire les mesures de faisceaux individuels. Cette approche permet une analyse précise du comportement local du système sans traiter l’ensemble des 65 canaux.
Figure 1 : Vibromètre laser Doppler Q2 d’Ommatidia
Configuration expérimentale
La configuration expérimentale a permis au Q2 d’effectuer simultanément la génération de signaux, l’excitation acoustique et la mesure optique des vibrations.
Figure 2 : Configuration expérimentale
Génération du chirp
Le Q2 a été configuré pour émettre un chirp triangulaire de 100 à 8 000 Hz (rampe de 1 600 Hz/s, amplitude de 700 mV) via sa sortie analogique. Le signal a été simultanément réinjecté dans le Q2, permettant au chirp généré d’être réenregistré par l’appareil. Cet enregistrement correspond au spectrogramme présenté sur la Figure 3. Outre le signal principal (1), nous pouvons observer d’autres caractéristiques légères :
- deuxième (2) et troisième (3) harmoniques du chirp
- bruit à large bande à la fin de la première rampe de fréquence montante
- signal constant à 1 kHz et quelques harmoniques
Figure 3 : Spectrogramme du chirp généré par le Q2
Figure 4 : Caméra RVB interne pendant la mesure
Reproduction acoustique via haut-parleur
Le signal généré a été injecté dans un haut-parleur. La membrane du haut-parleur a vibré en suivant le balayage de fréquence, présentant des résonances, des non-linéarités et des artefacts caractéristiques des transducteurs acoustiques. Le faisceau laser du Q2 a été dirigé vers la membrane pour mesurer sa vibration réelle pendant l’excitation.
Mesure optique à l’aide du laser Q2
Le vibromètre laser Doppler Q2 a mesuré la vibration de la membrane du haut-parleur. Sur la Figure 4, nous voyons l’image capturée par le Q2. La ligne pointillée est une représentation virtuelle des points de mesure, bien qu’un seul faisceau laser ait été utilisé dans cette expérience.
Résultats
Le Q2 a enregistré la vitesse de la membrane v(t) par interférométrie Doppler. Ce signal a été stocké dans le fichier HDF5 pour un traitement ultérieur. À partir de v(t) (Figure 5), la transformée de Fourier à court terme a été calculée pour obtenir le spectrogramme mesuré (Figure 6), montrant les distorsions introduites lors de la reproduction physique.
Le signal de vitesse mesuré sur la membrane du haut-parleur (Figure 5) montre des variations d’amplitude et un bruit typiques de la réponse d’un transducteur mécanique. À partir de ce signal, le spectrogramme reconstruit (Figure 6) a été obtenu, où le chirp conserve sa forme générale mais apparaît plus déformé et moins net en raison du bruit blanc (lignes verticales sur la Figure 6), des résonances et des non-linéarités inhérentes au haut-parleur.
Figure 5 : Signal de vitesse v(t) mesuré optiquement par le Q2
Figure 6 : Spectrogramme reconstruit à partir de v(t)
Conclusions
Le test confirme que le Q2 est capable de :
La comparaison entre les signaux idéaux et mesurés montre que les écarts observés proviennent principalement du comportement mécanique du haut-parleur plutôt que du générateur Q2, dont les performances sont robustes et précises.
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