Technique

Application notes

Les interfaces sont sources de perturbations

Les parois d'un recipient ou d'une conduite sont des cas très fréquent d'interfaces statiques. Suivant leur position et leur forme ils peuvent avoir des effets significatifs sur les profils de vitesses mesurés. Ceci est particulièrement vrai pour les parois distales comme illustré.

Considérons une particule mobile située au point C. Lors de l'émission de l'onde ultrasonore par le transducteur, une partie de l'onde émise atteint directement la particule qui rétrodiffuse alors une partie de l'énergie acoustique reçue vers le transducteur. Le temps de vol correspondant au trajet ACA détermine la profondeur de la particule. Mais une grande partie de l'énergie acoustique émise par le transducteur est également réfléchie par la paroi distale de la conduite. L'onde ainsi réfléchie BC vient egalement percuter la particule située au point C.

Comme précédemment la particule va rétrodiffuser une partie de l'énergie vers le transducteur. On peut constater qu'une même particule peut être responsable de deux échos dsitincts, l'un correspondant au trajet ACA et l'autre au trajet ABCA, plus long. Ce dernier trajet, a pour effet:

  • de rendre impossible une mesure de vitesse correcte à proximité de la paroi distale (la vitesse ne peut s'annuler);
  • de générer un profil de vitesses fantôme.
Ces deux effets dépendent principalement de la forme du champs ultrasonore et de la différence d'impédance acoustique entre la paroi distale et le liquide.

Un autre effet pouvant se manifester est la perte de résolution en profondeur suite à de multiples réflexions à l'intérieur d'une paroi, comme illustré.

Considérons une paroi épaisse. A chaque traversée d'interfaces, une partie de l'onde est réfléchie et une autre réfractée. Si la variation d'impédance acoustique entre les milieux est significatives, une grande partie de l'énergie est réfléchie et de ce fait reste à l'intérieur de la paroi. Cette énergie réfléchie agit à son tour comme un deuxième émetteur.

Ainsi une simple émission ultrasonore, engendre une suite de faisceaux décalés dans le temps qui se mélangent les uns aux autres, rendant la détermination précise de l'instant de réception des échos impossible.

Cet effet est d'autant plus marqué que:

  • la différence d'impédance acoustique entre les milieux est importante;
  • l'épaisseur de la paroi est grande.
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Interfaces mobiles

Les interfaces ont généralement des impédances acoustiques très différentes du liquide et de ce fait réfléchissent fortement les ondes ultrasonores. Si de telles interaces sont mobiles leur mouvements engendrent des fréquences Doppler comme toutes particules.

Il est donc nécessaires de prendre garde à ce que le fréquences Doppler générées par de telles interfaces soient suffisammnent différentes de celles générées par les particules en mouvement dans le liquide. Elles peuvent alors être éliminées par filtrage.

Tous les vélocimètres DOP contiennent un tel filtre, dont la fréquence de coupure dépend de la PRF.