Essais & Simulations 151

MESURES SOLUTION Une

MESURES SOLUTION Une nouvelle méthode pour la localisation Cet article aborde le sujet de la visualisation des fuites dans les structures automobiles en se basant sur un nouveau concept de capteur qui implique un capteur rotatif muni de plusieurs microphones à ultrasons balayant une zone circulaire. Cette solution est extensible à de nombreuses applications industrielles pour la recherche de fuites. Le microphone à ultrasons est un dispositif de détection largement répandu pour détecter les fuites dans les infrastructures industrielles, par exemple les conduites d’air comprimé, les gazoducs et les réservoirs sous pression. L’empreinte acoustique de la fuite dépend de paramètres tels que la géométrie du défaut, la pression différentielle et le type de gaz, mais les premières indications d’une fuite peuvent généralement être détectées dans la gamme de 30 à 40 kHz [1]. Pour permettre à l’homme de rechercher une fuite, le signal acoustique capturé est converti dans la bande de fréquences audibles. Lors de la détection de fuites sur une structure automobile telle qu’une porte, une fenêtre, un coffre ou une cloison, le son s’échappant par les joints d’étanchéité et autres imperfections doit être généré. Pour ce faire, un émetteur à ultrasons est placé à l’intérieur de la cavité ou de l’habitacle concerné. Ce dispositif comprend généralement une série de haut-parleurs émettant des sons de manière omnidirectionnelle à de multiples fréquences distinctes autour de 40 kHz, créant ainsi un champ de pression acoustique homogène aux endroits où les fuites doivent être recherchées. L’imagerie par ultrasons est une alternative intéressante à la vérification des limites de surfaces avec un microphone à ultrasons, car la visualisation à distance des fuites dans les structures automobiles permet de couvrir une plus grande surface en une seule fois, d’obtenir une quantification cohérente sur cette surface et de ne pas déformer le champ de pression acoustique causé par la présence du dispositif de mesure. Les dispositifs d’imagerie par ultrasons sont généralement mis en œuvre sous forme de réseaux de microphones à deux dimensions comprenant jusqu’à près de 130 microphones à ultrasons répartis sur une zone circulaire d’un diamètre inférieur à 15 cm et une caméra pour superposer la cartographie acoustique et l’image graphique de la scène de mesure. Étant donné que les fuites ultrasonores dans les applications automobiles sont généralement mesurées à une distance de 0,75 à 1,5 mètre et que les structures automobiles présentent une isolation améliorée à chaque nouvelle génération, le rapport signal sur bruit et, par conséquent, le nombre de microphones deviennent essentiels. De plus, comme les structures automobiles comportent des joints disposés en parallèle et séparés de quelques centimètres seulement, la résolution spatiale à la fréquence d’excitation de l’émetteur d’ultrasons est essentielle. Ces critères de performance et d’ergonomie ont conduit Sevenbel à proposer un nouveau concept de capteur visant une résolution spatiale et une plage dynamique élevées, un faible niveau de pression sonore minimum détectable et une utilisation aisée. CONCEPT DU CAPTEUR La pièce maîtresse du concept du capteur est un réseau linéaire rotatif avec cinq microphones répartis qui pivotent autour d’un microphone de référence immobile. La trajectoire des autres microphones mobiles est décrite par des cercles concentriques. Un codeur magnétique rotatif, aligné de façon coaxiale avec l’axe Réseau linéaire rotatif comprenant cinq microphones pivotant autour du microphone de référence 28 I ESSAIS & SIMULATIONS • N°151 • Novembre - Décembre 2022 - Janvier 2023

MESURES d’imagerie sonore des fuites de rotation du réseau, mesure la position angulaire par rapport à l’axe de rotation contraint dans l’espace (voir Figure 2). Les microphones sont basés sur la technologie MEMS numérique et les signaux correspondants sont acquis sur une voie de signal commune en utilisant la méthode de multiplexage temporel. Il est bien connu que le motif de directivité du réseau et les positions correspondantes des microphones peuvent être optimisés pour répondre à certains critères de performance, par exemple le niveau minimum des lobes latéraux à des fréquences spécifiques. Alors que les réseaux bidimensionnels comportant des positions de microphones discrètes nécessitent une reconfiguration matérielle complète en termes de repositionnement des microphones, le réseau linéaire rotatif nécessite simplement une reconfiguration logicielle pour acquérir les données à différentes positions. Le réseau linéaire rotatif est un système auto-alimenté et utilise une technologie sans fil pour la transmission des données audio et des données du codeur rotatif à une unité de traitement. APPLICATIONS Le concept du capteur proposé est maintenant appliqué aux tests d’étanchéité de structures automobiles réelles dans un contexte de contrôle qualité. Le véhicule testé est une voiture de série avec toutes les portes et fenêtres fermées. Le capteur est placé à une distance de 1 m et deux angles de vue sont considérés - l’un visant le hayon et l’autre le côté droit du véhicule. Le capteur tourne à une vitesse de deux révolutions par seconde, produisant douze images acoustiques par seconde. Le champ acoustique incident est échantillonné dans l’espace par le microphone multiplexé mobile à 180 secteurs par révolution. L’image est prise avec un champ de vue horizontal de 69,5°. PROCESSUS DE MESURE Un processus de mesure adapté à des fins de contrôle qualité implique généralement une empreinte acoustique nominale. En se basant sur la distribution attendue des niveaux de pression acoustique pour une voiture bien étanche, on peut quantifier les déviations acceptables. Le scénario de mesure illustré à la Figure 12 montre des fuites multiples réparties le long du joint de la fenêtre du passager avant. Dans cette situation, le niveau de pression acoustique maximal est de 48,7 dB à une plage dynamique de 3 dB. Fuites multiples le long du joint de la fenêtre du passager avant à 48,7 dB avec une gamme dynamique de 3 dB. La photo en bas à gauche illustre le dispositif de mesure réel avec le réseau linéaire rotatif. Comme il s’agit d’une voiture de série, nous nous attendons à ce que ce comportement soit nominal. Dans le cadre d’un système rigoureux de contrôle qualité basé sur des données, chaque voiture peut être testée en bout de chaîne et évaluée en fonction de critères de réussite ou d’échec concernant l’étanchéité des structures critiques. Tout écart par rapport à ces critères peut être l’indication d’un assemblage incorrect et, par conséquent, compromettre le confort de conduite ● Jacques Monfort (Alliantech) Thomas Rittenschober (SevenBel) Retrouvez l’article complet ESSAIS & SIMULATIONS • N°151 • Novembre - Décembre 2022 - Janvier 2023 I29