Technique – Notes d’application

Utilisation du spectre de puissance (FFT) des échos Doppler

Pourquoi utiliser le spectre de puissance d’une porte

Le DOP peut calculer le spectre de puissance d’une série de données à l’aide d’un algorithme FFT. La série de données est constituée d’échantillons prélevés sur les signaux I et Q démodulés, pour une profondeur sélectionnée correspondant à une porte.

Avant le calcul du spectre de puissance, la série de données est filtrée par un filtre passe-haut qui élimine toutes les composantes stationnaires. Pour faciliter la lecture, l’échelle en fréquence est convertie en vitesse à l’aide de la formule Doppler standard. L’axe des ordonnées indique l’amplitude relative du spectre de puissance en échelle logarithmique.

Le calcul du spectre de puissance est la meilleure méthode pour analyser le contenu fréquentiel d’une porte unique. Les profils de vitesse calculés à partir des portes ne fournissent que la fréquence Doppler moyenne, ce qui est non biaisé mais ne donne pas d’information sur la répartition de l’énergie Doppler. Une même vitesse moyenne peut résulter de distributions de fréquences très différentes. Afficher l’intégralité du spectre de puissance améliore la compréhension des vitesses mesurées.

Spectre de puissance des échos Doppler au centre du tube
Exemple : spectre de puissance d’une porte au milieu d’un tube.

Comment utiliser le spectre de puissance

Différentes situations illustrent comment le spectre de puissance apporte un éclairage sur les vitesses mesurées. Dans le premier exemple, la porte est placée au milieu d’un tube avec un écoulement de liquide. Le spectre de puissance montre que le volume d’échantillonnage contient plusieurs fréquences Doppler. La largeur du pic reflète le nombre de vitesses différentes présentes.

Dans la deuxième situation, la porte est plus proche de la paroi du tube. Le pic Doppler s’élargit, indiquant une plage de vitesses plus importante dans le volume d’échantillonnage. De faibles influences dues aux mouvements de la paroi apparaissent également. Comme les données sont filtrées en passe-haut, l’amplitude du spectre à l’origine reste nulle.

Spectre de puissance des échos Doppler près de la paroi du tube
Exemple : porte près de la paroi du tube montrant un spectre Doppler plus large.
Spectre de puissance des échos Doppler près de la paroi d’un cylindre en rotation
Exemple : porte près de la paroi d’un cylindre en rotation, montrant plusieurs composantes de vitesse.

La troisième situation concerne un cylindre en rotation rempli de liquide. Le faisceau ultrasonore traverse le cylindre perpendiculairement. Le volume d’échantillonnage proche de la paroi révèle une forte influence du mouvement de la paroi. Des réflexions multiples peuvent coïncider avec l’instant d’échantillonnage, de sorte que la fréquence Doppler moyenne calculée résulte à la fois du mouvement des particules et du mouvement de la paroi. L’affichage du spectre de puissance permet de clarifier ces contributions.