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Interférométrie à rétroaction optique pour la mesure acoustique et l'étalonnage de microphones
No full textThis manuscript presents a study of the Optical Feedback Interferometer (OFI) as an acousto-optic sensor and its application to microphone calibration. This interferometer has the advantage of being self-aligned and less bulky than more conventional interferometers such as the Mach-Zehnder or Laser Doppler Vibrometer (LDV). The aims of this thesis are to verify the ability of the OFI to measure acoustic pressure and to identify its limitations as an acoustic sensor. In the first chapter, some elements of the literature motivating the objectives of this thesis are reviewed. First, acoustic phenomena exploited in this manuscript are introduced. Ciddor's model, which quantifies the acousto-optic effect, is then presented. Finally, a last section of this first chapter is dedicated to introducing the OFI. The governing equations are detailed, and its use as a vibrometric sensor is explained. The literature on the use of the OFI as an acousto-optical sensor is also presented. The second chapter presents a study of the OFI sensitivity to acoustic pressure. Based on the OFI governing equations, a theoretical relationship highlighting the linearity between the OFI signal and the acoustic pressure of a plane wave is demonstrated. The OFI sensitivity is estimated by comparing measurements of acoustic white noise from a microphone, an LDV and an OFI. These measurements demonstrate the independence of the OFI sensitivity from the frequency of acoustic waves in the audible frequency band. In the third chapter, an OFI calibration method is presented. It is based on vibrometric measurement carried out with the OFI, enabling the feedback factor and the linewidth enhancement factor to be determined. A system of non-linear equations is then solved, relating the shape of the vibrometric signal to these parameters. This calibration method is validated using numerical simulations. The method is then used to estimate the acoustic pressure of plane waves. An experimental set-up used for the OFI calibration and acoustic pressure measurements in a waveguide is presented. The results are, with a maximum relative deviation of 2 dB, are similar to those obtained with a microphone when the acoustic level is greater than 20 Pa. A final chapter presents an application of the OFI to shock wave measurement and microphone calibration. An acoustic source generating plane shock waves from the non-linear propagation of acoustic waves is set up. The acoustic pressure of the resulting shocks is characterized by the OFI, demonstrating its ability to measure acoustic waves up to 200 kHz. By comparing acoustic pressure measured by the OFI with the voltage of a 1/8" microphone exposed to the same acoustic field, the latter is calibrated to estimate its sensitivity and frequency response. The sensitivity of the microphone is found to be of the same order of magnitude as that obtained with a reciprocity method. When the microphone is placed with a grazing incidence, the frequency response is found to have an average deviation of 3.5 dB compared with an electrostatic grid calibration.Ce manuscrit présente une étude de l'Interféromètre à Rétroaction Optique (Optical Feedback Interferometer, OFI) comme capteur acousto-optique ainsi que son application à l'étalonnage de microphones. Cet interféromètre présente l'avantage d'être auto-aligné et moins encombrant que des interféromètres plus classiques comme le Mach-Zehnder ou encore le Vibromètre Laser Doppler (Laser Doppler Vibrometer, LDV). Les objectifs de cette thèse sont de vérifier s'il est possible de mesurer des pressions acoustiques à l'aide de l'OFI et d'identifier ses limites en tant que capteur acoustique. Dans un premier chapitre, des éléments de la littérature motivant les objectifs de cette thèse sont rappelés. Tout d'abord, les phénomènes acoustiques exploités dans ce manuscrit sont introduits. Il est présenté le modèle de Ciddor, permettant de quantifier l'effet acouto-optique. Enfin, une dernière section de ce premier chapitre est dédiée à la présentation de l'OFI, les équations qui gouvernent son comportement sont détaillées et son exploitation en tant que capteur vibrométrique est expliqué. Les éléments de la littérature traitant de l'OFI comme capteur acousto-optique sont aussi présentés. Le second chapitre est dédié à l'étude de la sensibilité de l'OFI à la pression acoustique. Une relation théorique mettant en évidence la linéarité entre le signal de l'OFI et la pression acoustique d'une onde plane est démontrée à partir des équations gouvernant le comportement de l'OFI. Sa sensibilité est déterminée en comparant les mesures d'un bruit blanc acoustique d'un microphone, d'un LDV et d'un OFI. Ces mesures mettent en évidence l'indépendance de la sensibilité de l'OFI à la fréquence des ondes acoustiques dans la bande de fréquence audible. Dans le troisième chapitre, une méthode d'étalonnage in~situ de l'OFI et présentée. La méthode d'étalonnage s’appuie sur une mesure vibrométrique de l'OFI permettant de remonter au facteur de rétroaction optique et au facteur de Henry. On résout pour cela un système d'équations non-linéaires permettant de relier la forme du signal vibrométrique à ces paramètres. Cette méthode d'étalonnage est validée à l'aide de simulations numériques. Cette méthode permet dans un second temps d'estimer la pression acoustique d'une onde plane. Un dispositif expérimental permettant de réaliser l'étalonnage de l'OFI puis de mesurer des pressions acoustiques dans un guide d'onde est présenté. Les résultats obtenus sont, avec un écart relatif maximal de 2 dB, similaires à ceux obtenus avec un microphone pour une onde dont le niveau acoustique est supérieur à 20 Pa. Un dernier chapitre présente une application de l'OFI à la mesure d'ondes de choc et à l'étalonnage de microphones. Une source acoustique permettant d'obtenir des ondes de choc planes à partir de la propagation non-linéaire d'ondes acoustiques est mise en place. Les pressions acoustiques des chocs obtenus sont caractérisées par l'OFI, démontrant ainsi la capacité de ce dernier à mesurer des ondes acoustiques jusqu'à 200 kHz. En comparant les pressions acoustiques mesurées par l'OFI à la tension d'un microphone 1/8" soumis au même champ acoustique, un étalonnage de ce dernier est effectué dans le but d'estimer sa sensibilité et sa réponse en fréquence. On retrouve la sensibilité du microphone avec le même ordre de grandeur que lorsque celui-ci est étalonné avec une méthode de réciprocité. Lorsque le microphone est placé en incidence rasante, la tendance de sa réponse en fréquence est retrouvée avec un écart moyen de 3.5 dB par rapport à un étalonnage effectué par une grille électrostatique corrigée pour prendre en compte l’incidence rasante
Interférométrie à rétroaction optique pour la mesure acoustique et l'étalonnage de microphones
No full textThis manuscript presents a study of the Optical Feedback Interferometer (OFI) as an acousto-optic sensor and its application to microphone calibration. This interferometer has the advantage of being self-aligned and less bulky than more conventional interferometers such as the Mach-Zehnder or Laser Doppler Vibrometer (LDV). The aims of this thesis are to verify the ability of the OFI to measure acoustic pressure and to identify its limitations as an acoustic sensor. In the first chapter, some elements of the literature motivating the objectives of this thesis are reviewed. First, acoustic phenomena exploited in this manuscript are introduced. Ciddor's model, which quantifies the acousto-optic effect, is then presented. Finally, a last section of this first chapter is dedicated to introducing the OFI. The governing equations are detailed, and its use as a vibrometric sensor is explained. The literature on the use of the OFI as an acousto-optical sensor is also presented. The second chapter presents a study of the OFI sensitivity to acoustic pressure. Based on the OFI governing equations, a theoretical relationship highlighting the linearity between the OFI signal and the acoustic pressure of a plane wave is demonstrated. The OFI sensitivity is estimated by comparing measurements of acoustic white noise from a microphone, an LDV and an OFI. These measurements demonstrate the independence of the OFI sensitivity from the frequency of acoustic waves in the audible frequency band. In the third chapter, an OFI calibration method is presented. It is based on vibrometric measurement carried out with the OFI, enabling the feedback factor and the linewidth enhancement factor to be determined. A system of non-linear equations is then solved, relating the shape of the vibrometric signal to these parameters. This calibration method is validated using numerical simulations. The method is then used to estimate the acoustic pressure of plane waves. An experimental set-up used for the OFI calibration and acoustic pressure measurements in a waveguide is presented. The results are, with a maximum relative deviation of 2 dB, are similar to those obtained with a microphone when the acoustic level is greater than 20 Pa. A final chapter presents an application of the OFI to shock wave measurement and microphone calibration. An acoustic source generating plane shock waves from the non-linear propagation of acoustic waves is set up. The acoustic pressure of the resulting shocks is characterized by the OFI, demonstrating its ability to measure acoustic waves up to 200 kHz. By comparing acoustic pressure measured by the OFI with the voltage of a 1/8" microphone exposed to the same acoustic field, the latter is calibrated to estimate its sensitivity and frequency response. The sensitivity of the microphone is found to be of the same order of magnitude as that obtained with a reciprocity method. When the microphone is placed with a grazing incidence, the frequency response is found to have an average deviation of 3.5 dB compared with an electrostatic grid calibration.Ce manuscrit présente une étude de l'Interféromètre à Rétroaction Optique (Optical Feedback Interferometer, OFI) comme capteur acousto-optique ainsi que son application à l'étalonnage de microphones. Cet interféromètre présente l'avantage d'être auto-aligné et moins encombrant que des interféromètres plus classiques comme le Mach-Zehnder ou encore le Vibromètre Laser Doppler (Laser Doppler Vibrometer, LDV). Les objectifs de cette thèse sont de vérifier s'il est possible de mesurer des pressions acoustiques à l'aide de l'OFI et d'identifier ses limites en tant que capteur acoustique. Dans un premier chapitre, des éléments de la littérature motivant les objectifs de cette thèse sont rappelés. Tout d'abord, les phénomènes acoustiques exploités dans ce manuscrit sont introduits. Il est présenté le modèle de Ciddor, permettant de quantifier l'effet acouto-optique. Enfin, une dernière section de ce premier chapitre est dédiée à la présentation de l'OFI, les équations qui gouvernent son comportement sont détaillées et son exploitation en tant que capteur vibrométrique est expliqué. Les éléments de la littérature traitant de l'OFI comme capteur acousto-optique sont aussi présentés. Le second chapitre est dédié à l'étude de la sensibilité de l'OFI à la pression acoustique. Une relation théorique mettant en évidence la linéarité entre le signal de l'OFI et la pression acoustique d'une onde plane est démontrée à partir des équations gouvernant le comportement de l'OFI. Sa sensibilité est déterminée en comparant les mesures d'un bruit blanc acoustique d'un microphone, d'un LDV et d'un OFI. Ces mesures mettent en évidence l'indépendance de la sensibilité de l'OFI à la fréquence des ondes acoustiques dans la bande de fréquence audible. Dans le troisième chapitre, une méthode d'étalonnage in~situ de l'OFI et présentée. La méthode d'étalonnage s’appuie sur une mesure vibrométrique de l'OFI permettant de remonter au facteur de rétroaction optique et au facteur de Henry. On résout pour cela un système d'équations non-linéaires permettant de relier la forme du signal vibrométrique à ces paramètres. Cette méthode d'étalonnage est validée à l'aide de simulations numériques. Cette méthode permet dans un second temps d'estimer la pression acoustique d'une onde plane. Un dispositif expérimental permettant de réaliser l'étalonnage de l'OFI puis de mesurer des pressions acoustiques dans un guide d'onde est présenté. Les résultats obtenus sont, avec un écart relatif maximal de 2 dB, similaires à ceux obtenus avec un microphone pour une onde dont le niveau acoustique est supérieur à 20 Pa. Un dernier chapitre présente une application de l'OFI à la mesure d'ondes de choc et à l'étalonnage de microphones. Une source acoustique permettant d'obtenir des ondes de choc planes à partir de la propagation non-linéaire d'ondes acoustiques est mise en place. Les pressions acoustiques des chocs obtenus sont caractérisées par l'OFI, démontrant ainsi la capacité de ce dernier à mesurer des ondes acoustiques jusqu'à 200 kHz. En comparant les pressions acoustiques mesurées par l'OFI à la tension d'un microphone 1/8" soumis au même champ acoustique, un étalonnage de ce dernier est effectué dans le but d'estimer sa sensibilité et sa réponse en fréquence. On retrouve la sensibilité du microphone avec le même ordre de grandeur que lorsque celui-ci est étalonné avec une méthode de réciprocité. Lorsque le microphone est placé en incidence rasante, la tendance de sa réponse en fréquence est retrouvée avec un écart moyen de 3.5 dB par rapport à un étalonnage effectué par une grille électrostatique corrigée pour prendre en compte l’incidence rasante
Optical feedback interferometry for acoustic measurement and microphone calibration
No full textCe manuscrit présente une étude de l'Interféromètre à Rétroaction Optique (Optical Feedback Interferometer, OFI) comme capteur acousto-optique ainsi que son application à l'étalonnage de microphones. Cet interféromètre présente l'avantage d'être auto-aligné et moins encombrant que des interféromètres plus classiques comme le Mach-Zehnder ou encore le Vibromètre Laser Doppler (Laser Doppler Vibrometer, LDV). Les objectifs de cette thèse sont de vérifier s'il est possible de mesurer des pressions acoustiques à l'aide de l'OFI et d'identifier ses limites en tant que capteur acoustique. Dans un premier chapitre, des éléments de la littérature motivant les objectifs de cette thèse sont rappelés. Tout d'abord, les phénomènes acoustiques exploités dans ce manuscrit sont introduits. Il est présenté le modèle de Ciddor, permettant de quantifier l'effet acouto-optique. Enfin, une dernière section de ce premier chapitre est dédiée à la présentation de l'OFI, les équations qui gouvernent son comportement sont détaillées et son exploitation en tant que capteur vibrométrique est expliqué. Les éléments de la littérature traitant de l'OFI comme capteur acousto-optique sont aussi présentés. Le second chapitre est dédié à l'étude de la sensibilité de l'OFI à la pression acoustique. Une relation théorique mettant en évidence la linéarité entre le signal de l'OFI et la pression acoustique d'une onde plane est démontrée à partir des équations gouvernant le comportement de l'OFI. Sa sensibilité est déterminée en comparant les mesures d'un bruit blanc acoustique d'un microphone, d'un LDV et d'un OFI. Ces mesures mettent en évidence l'indépendance de la sensibilité de l'OFI à la fréquence des ondes acoustiques dans la bande de fréquence audible. Dans le troisième chapitre, une méthode d'étalonnage in~situ de l'OFI et présentée. La méthode d'étalonnage s’appuie sur une mesure vibrométrique de l'OFI permettant de remonter au facteur de rétroaction optique et au facteur de Henry. On résout pour cela un système d'équations non-linéaires permettant de relier la forme du signal vibrométrique à ces paramètres. Cette méthode d'étalonnage est validée à l'aide de simulations numériques. Cette méthode permet dans un second temps d'estimer la pression acoustique d'une onde plane. Un dispositif expérimental permettant de réaliser l'étalonnage de l'OFI puis de mesurer des pressions acoustiques dans un guide d'onde est présenté. Les résultats obtenus sont, avec un écart relatif maximal de 2 dB, similaires à ceux obtenus avec un microphone pour une onde dont le niveau acoustique est supérieur à 20 Pa. Un dernier chapitre présente une application de l'OFI à la mesure d'ondes de choc et à l'étalonnage de microphones. Une source acoustique permettant d'obtenir des ondes de choc planes à partir de la propagation non-linéaire d'ondes acoustiques est mise en place. Les pressions acoustiques des chocs obtenus sont caractérisées par l'OFI, démontrant ainsi la capacité de ce dernier à mesurer des ondes acoustiques jusqu'à 200 kHz. En comparant les pressions acoustiques mesurées par l'OFI à la tension d'un microphone 1/8" soumis au même champ acoustique, un étalonnage de ce dernier est effectué dans le but d'estimer sa sensibilité et sa réponse en fréquence. On retrouve la sensibilité du microphone avec le même ordre de grandeur que lorsque celui-ci est étalonné avec une méthode de réciprocité. Lorsque le microphone est placé en incidence rasante, la tendance de sa réponse en fréquence est retrouvée avec un écart moyen de 3.5 dB par rapport à un étalonnage effectué par une grille électrostatique corrigée pour prendre en compte l’incidence rasante.This manuscript presents a study of the Optical Feedback Interferometer (OFI) as an acousto-optic sensor and its application to microphone calibration. This interferometer has the advantage of being self-aligned and less bulky than more conventional interferometers such as the Mach-Zehnder or Laser Doppler Vibrometer (LDV). The aims of this thesis are to verify the ability of the OFI to measure acoustic pressure and to identify its limitations as an acoustic sensor. In the first chapter, some elements of the literature motivating the objectives of this thesis are reviewed. First, acoustic phenomena exploited in this manuscript are introduced. Ciddor's model, which quantifies the acousto-optic effect, is then presented. Finally, a last section of this first chapter is dedicated to introducing the OFI. The governing equations are detailed, and its use as a vibrometric sensor is explained. The literature on the use of the OFI as an acousto-optical sensor is also presented. The second chapter presents a study of the OFI sensitivity to acoustic pressure. Based on the OFI governing equations, a theoretical relationship highlighting the linearity between the OFI signal and the acoustic pressure of a plane wave is demonstrated. The OFI sensitivity is estimated by comparing measurements of acoustic white noise from a microphone, an LDV and an OFI. These measurements demonstrate the independence of the OFI sensitivity from the frequency of acoustic waves in the audible frequency band. In the third chapter, an OFI calibration method is presented. It is based on vibrometric measurement carried out with the OFI, enabling the feedback factor and the linewidth enhancement factor to be determined. A system of non-linear equations is then solved, relating the shape of the vibrometric signal to these parameters. This calibration method is validated using numerical simulations. The method is then used to estimate the acoustic pressure of plane waves. An experimental set-up used for the OFI calibration and acoustic pressure measurements in a waveguide is presented. The results are, with a maximum relative deviation of 2 dB, are similar to those obtained with a microphone when the acoustic level is greater than 20 Pa. A final chapter presents an application of the OFI to shock wave measurement and microphone calibration. An acoustic source generating plane shock waves from the non-linear propagation of acoustic waves is set up. The acoustic pressure of the resulting shocks is characterized by the OFI, demonstrating its ability to measure acoustic waves up to 200 kHz. By comparing acoustic pressure measured by the OFI with the voltage of a 1/8" microphone exposed to the same acoustic field, the latter is calibrated to estimate its sensitivity and frequency response. The sensitivity of the microphone is found to be of the same order of magnitude as that obtained with a reciprocity method. When the microphone is placed with a grazing incidence, the frequency response is found to have an average deviation of 3.5 dB compared with an electrostatic grid calibration
Interférométrie à rétroaction optique pour la mesure acoustique et l'étalonnage de microphones
No full textThis manuscript presents a study of the Optical Feedback Interferometer (OFI) as an acousto-optic sensor and its application to microphone calibration. This interferometer has the advantage of being self-aligned and less bulky than more conventional interferometers such as the Mach-Zehnder or Laser Doppler Vibrometer (LDV). The aims of this thesis are to verify the ability of the OFI to measure acoustic pressure and to identify its limitations as an acoustic sensor. In the first chapter, some elements of the literature motivating the objectives of this thesis are reviewed. First, acoustic phenomena exploited in this manuscript are introduced. Ciddor's model, which quantifies the acousto-optic effect, is then presented. Finally, a last section of this first chapter is dedicated to introducing the OFI. The governing equations are detailed, and its use as a vibrometric sensor is explained. The literature on the use of the OFI as an acousto-optical sensor is also presented. The second chapter presents a study of the OFI sensitivity to acoustic pressure. Based on the OFI governing equations, a theoretical relationship highlighting the linearity between the OFI signal and the acoustic pressure of a plane wave is demonstrated. The OFI sensitivity is estimated by comparing measurements of acoustic white noise from a microphone, an LDV and an OFI. These measurements demonstrate the independence of the OFI sensitivity from the frequency of acoustic waves in the audible frequency band. In the third chapter, an OFI calibration method is presented. It is based on vibrometric measurement carried out with the OFI, enabling the feedback factor and the linewidth enhancement factor to be determined. A system of non-linear equations is then solved, relating the shape of the vibrometric signal to these parameters. This calibration method is validated using numerical simulations. The method is then used to estimate the acoustic pressure of plane waves. An experimental set-up used for the OFI calibration and acoustic pressure measurements in a waveguide is presented. The results are, with a maximum relative deviation of 2 dB, are similar to those obtained with a microphone when the acoustic level is greater than 20 Pa. A final chapter presents an application of the OFI to shock wave measurement and microphone calibration. An acoustic source generating plane shock waves from the non-linear propagation of acoustic waves is set up. The acoustic pressure of the resulting shocks is characterized by the OFI, demonstrating its ability to measure acoustic waves up to 200 kHz. By comparing acoustic pressure measured by the OFI with the voltage of a 1/8" microphone exposed to the same acoustic field, the latter is calibrated to estimate its sensitivity and frequency response. The sensitivity of the microphone is found to be of the same order of magnitude as that obtained with a reciprocity method. When the microphone is placed with a grazing incidence, the frequency response is found to have an average deviation of 3.5 dB compared with an electrostatic grid calibration.Ce manuscrit présente une étude de l'Interféromètre à Rétroaction Optique (Optical Feedback Interferometer, OFI) comme capteur acousto-optique ainsi que son application à l'étalonnage de microphones. Cet interféromètre présente l'avantage d'être auto-aligné et moins encombrant que des interféromètres plus classiques comme le Mach-Zehnder ou encore le Vibromètre Laser Doppler (Laser Doppler Vibrometer, LDV). Les objectifs de cette thèse sont de vérifier s'il est possible de mesurer des pressions acoustiques à l'aide de l'OFI et d'identifier ses limites en tant que capteur acoustique. Dans un premier chapitre, des éléments de la littérature motivant les objectifs de cette thèse sont rappelés. Tout d'abord, les phénomènes acoustiques exploités dans ce manuscrit sont introduits. Il est présenté le modèle de Ciddor, permettant de quantifier l'effet acouto-optique. Enfin, une dernière section de ce premier chapitre est dédiée à la présentation de l'OFI, les équations qui gouvernent son comportement sont détaillées et son exploitation en tant que capteur vibrométrique est expliqué. Les éléments de la littérature traitant de l'OFI comme capteur acousto-optique sont aussi présentés. Le second chapitre est dédié à l'étude de la sensibilité de l'OFI à la pression acoustique. Une relation théorique mettant en évidence la linéarité entre le signal de l'OFI et la pression acoustique d'une onde plane est démontrée à partir des équations gouvernant le comportement de l'OFI. Sa sensibilité est déterminée en comparant les mesures d'un bruit blanc acoustique d'un microphone, d'un LDV et d'un OFI. Ces mesures mettent en évidence l'indépendance de la sensibilité de l'OFI à la fréquence des ondes acoustiques dans la bande de fréquence audible. Dans le troisième chapitre, une méthode d'étalonnage in~situ de l'OFI et présentée. La méthode d'étalonnage s’appuie sur une mesure vibrométrique de l'OFI permettant de remonter au facteur de rétroaction optique et au facteur de Henry. On résout pour cela un système d'équations non-linéaires permettant de relier la forme du signal vibrométrique à ces paramètres. Cette méthode d'étalonnage est validée à l'aide de simulations numériques. Cette méthode permet dans un second temps d'estimer la pression acoustique d'une onde plane. Un dispositif expérimental permettant de réaliser l'étalonnage de l'OFI puis de mesurer des pressions acoustiques dans un guide d'onde est présenté. Les résultats obtenus sont, avec un écart relatif maximal de 2 dB, similaires à ceux obtenus avec un microphone pour une onde dont le niveau acoustique est supérieur à 20 Pa. Un dernier chapitre présente une application de l'OFI à la mesure d'ondes de choc et à l'étalonnage de microphones. Une source acoustique permettant d'obtenir des ondes de choc planes à partir de la propagation non-linéaire d'ondes acoustiques est mise en place. Les pressions acoustiques des chocs obtenus sont caractérisées par l'OFI, démontrant ainsi la capacité de ce dernier à mesurer des ondes acoustiques jusqu'à 200 kHz. En comparant les pressions acoustiques mesurées par l'OFI à la tension d'un microphone 1/8" soumis au même champ acoustique, un étalonnage de ce dernier est effectué dans le but d'estimer sa sensibilité et sa réponse en fréquence. On retrouve la sensibilité du microphone avec le même ordre de grandeur que lorsque celui-ci est étalonné avec une méthode de réciprocité. Lorsque le microphone est placé en incidence rasante, la tendance de sa réponse en fréquence est retrouvée avec un écart moyen de 3.5 dB par rapport à un étalonnage effectué par une grille électrostatique corrigée pour prendre en compte l’incidence rasante
Interférométrie à rétroaction optique pour la mesure acoustique et l'étalonnage de microphones
No full textThis manuscript presents a study of the Optical Feedback Interferometer (OFI) as an acousto-optic sensor and its application to microphone calibration. This interferometer has the advantage of being self-aligned and less bulky than more conventional interferometers such as the Mach-Zehnder or Laser Doppler Vibrometer (LDV). The aims of this thesis are to verify the ability of the OFI to measure acoustic pressure and to identify its limitations as an acoustic sensor. In the first chapter, some elements of the literature motivating the objectives of this thesis are reviewed. First, acoustic phenomena exploited in this manuscript are introduced. Ciddor's model, which quantifies the acousto-optic effect, is then presented. Finally, a last section of this first chapter is dedicated to introducing the OFI. The governing equations are detailed, and its use as a vibrometric sensor is explained. The literature on the use of the OFI as an acousto-optical sensor is also presented. The second chapter presents a study of the OFI sensitivity to acoustic pressure. Based on the OFI governing equations, a theoretical relationship highlighting the linearity between the OFI signal and the acoustic pressure of a plane wave is demonstrated. The OFI sensitivity is estimated by comparing measurements of acoustic white noise from a microphone, an LDV and an OFI. These measurements demonstrate the independence of the OFI sensitivity from the frequency of acoustic waves in the audible frequency band. In the third chapter, an OFI calibration method is presented. It is based on vibrometric measurement carried out with the OFI, enabling the feedback factor and the linewidth enhancement factor to be determined. A system of non-linear equations is then solved, relating the shape of the vibrometric signal to these parameters. This calibration method is validated using numerical simulations. The method is then used to estimate the acoustic pressure of plane waves. An experimental set-up used for the OFI calibration and acoustic pressure measurements in a waveguide is presented. The results are, with a maximum relative deviation of 2 dB, are similar to those obtained with a microphone when the acoustic level is greater than 20 Pa. A final chapter presents an application of the OFI to shock wave measurement and microphone calibration. An acoustic source generating plane shock waves from the non-linear propagation of acoustic waves is set up. The acoustic pressure of the resulting shocks is characterized by the OFI, demonstrating its ability to measure acoustic waves up to 200 kHz. By comparing acoustic pressure measured by the OFI with the voltage of a 1/8" microphone exposed to the same acoustic field, the latter is calibrated to estimate its sensitivity and frequency response. The sensitivity of the microphone is found to be of the same order of magnitude as that obtained with a reciprocity method. When the microphone is placed with a grazing incidence, the frequency response is found to have an average deviation of 3.5 dB compared with an electrostatic grid calibration.Ce manuscrit présente une étude de l'Interféromètre à Rétroaction Optique (Optical Feedback Interferometer, OFI) comme capteur acousto-optique ainsi que son application à l'étalonnage de microphones. Cet interféromètre présente l'avantage d'être auto-aligné et moins encombrant que des interféromètres plus classiques comme le Mach-Zehnder ou encore le Vibromètre Laser Doppler (Laser Doppler Vibrometer, LDV). Les objectifs de cette thèse sont de vérifier s'il est possible de mesurer des pressions acoustiques à l'aide de l'OFI et d'identifier ses limites en tant que capteur acoustique. Dans un premier chapitre, des éléments de la littérature motivant les objectifs de cette thèse sont rappelés. Tout d'abord, les phénomènes acoustiques exploités dans ce manuscrit sont introduits. Il est présenté le modèle de Ciddor, permettant de quantifier l'effet acouto-optique. Enfin, une dernière section de ce premier chapitre est dédiée à la présentation de l'OFI, les équations qui gouvernent son comportement sont détaillées et son exploitation en tant que capteur vibrométrique est expliqué. Les éléments de la littérature traitant de l'OFI comme capteur acousto-optique sont aussi présentés. Le second chapitre est dédié à l'étude de la sensibilité de l'OFI à la pression acoustique. Une relation théorique mettant en évidence la linéarité entre le signal de l'OFI et la pression acoustique d'une onde plane est démontrée à partir des équations gouvernant le comportement de l'OFI. Sa sensibilité est déterminée en comparant les mesures d'un bruit blanc acoustique d'un microphone, d'un LDV et d'un OFI. Ces mesures mettent en évidence l'indépendance de la sensibilité de l'OFI à la fréquence des ondes acoustiques dans la bande de fréquence audible. Dans le troisième chapitre, une méthode d'étalonnage in~situ de l'OFI et présentée. La méthode d'étalonnage s’appuie sur une mesure vibrométrique de l'OFI permettant de remonter au facteur de rétroaction optique et au facteur de Henry. On résout pour cela un système d'équations non-linéaires permettant de relier la forme du signal vibrométrique à ces paramètres. Cette méthode d'étalonnage est validée à l'aide de simulations numériques. Cette méthode permet dans un second temps d'estimer la pression acoustique d'une onde plane. Un dispositif expérimental permettant de réaliser l'étalonnage de l'OFI puis de mesurer des pressions acoustiques dans un guide d'onde est présenté. Les résultats obtenus sont, avec un écart relatif maximal de 2 dB, similaires à ceux obtenus avec un microphone pour une onde dont le niveau acoustique est supérieur à 20 Pa. Un dernier chapitre présente une application de l'OFI à la mesure d'ondes de choc et à l'étalonnage de microphones. Une source acoustique permettant d'obtenir des ondes de choc planes à partir de la propagation non-linéaire d'ondes acoustiques est mise en place. Les pressions acoustiques des chocs obtenus sont caractérisées par l'OFI, démontrant ainsi la capacité de ce dernier à mesurer des ondes acoustiques jusqu'à 200 kHz. En comparant les pressions acoustiques mesurées par l'OFI à la tension d'un microphone 1/8" soumis au même champ acoustique, un étalonnage de ce dernier est effectué dans le but d'estimer sa sensibilité et sa réponse en fréquence. On retrouve la sensibilité du microphone avec le même ordre de grandeur que lorsque celui-ci est étalonné avec une méthode de réciprocité. Lorsque le microphone est placé en incidence rasante, la tendance de sa réponse en fréquence est retrouvée avec un écart moyen de 3.5 dB par rapport à un étalonnage effectué par une grille électrostatique corrigée pour prendre en compte l’incidence rasante
Measurement Of Plane Acoustic Waves Using An Optical Feedback Interferometer
No full textInternational audienceWhen an acoustic wave propagates, pressure variations induce changes in the optical refractive index which can be measured using optical interferometers. Optical feedback interferometers (OFI) can detect this acousto-optic effect and have the advantage of not requiring external optical components. While it is known that an OFI can be used as a vibrometer, its characteristics as acoustic pressure sensor need to be clearly established. For this purpose, an experimental setup and a two-step calibration procedure were developed. Plane acoustic waves are emitted in square section waveguides suitable for optical measurement. Based on feedback interferometry theory, we first evaluate the parameters of the OFI in vibrometer mode only by measuring shaker-driven vibrations of a reflecting surface, without acoustic excitation. The determination of parameters like the optical feedback factor or the linewidth enhancement factor then makes it possible to mesure the variations of the optical path induced by acoustic excitation only (shaker swithed-off) and evaluate the pressure. Results show good agreement when compared to those obtained using a microphone
Going Beyond Counting First Authors in Author Co-citation Analysis
Get PDFThe present study examines one of the fundamental aspects of author co-citation analysis (ACA) - the way co-citation
counts are defined. Co-citation counting provides the data on which all subsequent statistical analyses and mappings
are based, and we compare ACA results based on two different types of co-citation counting - the traditional type that
only counts the first one among a cited work's authors on the one hand and a non-traditional type that takes into
account the first 5 authors of a cited work on the other hand. Results indicate that the picture produced through this non-traditional author co-citation counting contains more coherent author groups and is therefore considerably clearer. However, this picture represents fewer specialties in the research field being studied than that produced through the traditional first-author co-citation counting when the same number of top-ranked authors is selected and analyzed. Reasons for these effects are discussed
Measurement Of Plane Acoustic Waves Using An Optical Feedback Interferometer
No full textInternational audienceWhen an acoustic wave propagates, pressure variations induce changes in the optical refractive index which can be measured using optical interferometers. Optical feedback interferometers (OFI) can detect this acousto-optic effect and have the advantage of not requiring external optical components. While it is known that an OFI can be used as a vibrometer, its characteristics as acoustic pressure sensor need to be clearly established. For this purpose, an experimental setup and a two-step calibration procedure were developed. Plane acoustic waves are emitted in square section waveguides suitable for optical measurement. Based on feedback interferometry theory, we first evaluate the parameters of the OFI in vibrometer mode only by measuring shaker-driven vibrations of a reflecting surface, without acoustic excitation. The determination of parameters like the optical feedback factor or the linewidth enhancement factor then makes it possible to mesure the variations of the optical path induced by acoustic excitation only (shaker swithed-off) and evaluate the pressure. Results show good agreement when compared to those obtained using a microphone
Mesure d'ondes de choc périodiques en guide d'onde par un interféromètre à rétroaction optique
No full textExpérimentation en acoustique : conception, mise en oeuvre, validation de dispositifs expérimentaux; EXACT - Expérimentations en AcoustiqueNational audienceUn interféromètre à rétroaction optique ("optical feedback interferometer" ou "Self-Mixing Interferometer") est un interféromètre exploitant les propriétés des diodes Laser. Il nécessite seulement trois composants optiques : une capsule contenant une diode Laser, une photodiode embarquée, et une surface rétro-réfléchissante. Il présente l’avantage d’être auto-aligné et ne nécessite pas l’utilisation de miroirs mais seulement d'une surface rétro-réfléchissante pour renvoyer une portion des photons vers la diode. Déjà utilisé en mode vibromètre, son usage comme microphone est moins documenté. Considérant la faible sensibilité des méthodes optiques, son usage en acoustique est à réserver aux domaines de l'acoustique à niveau élevé, voire à la propagation non linéaire, et aux hautes fréquences. Nous présenterons le principe de fonctionnement d'un dispositif de mesure acoustique basé sur un interféromètre à rétroaction optique, une méthode de calibration, et un exemple d'exploitation pour la mesure d'ondes de choc en guide d'onde et l'estimation de la réponse en hautes fréquences d'un microphone 1/8" en incidence rasante
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