Banc de caractérisation d’hydrophones d’antennes sonar

Author(s):
Xavier Chabert - Saphir
Christian Lachaize - Thomson Marconi Sonar

Industry:
ATE/Instrumentation, RF/Communications, Government/Defense

Products:
Dynamic Signal Acquisition Devices, Serial, LabVIEW, GPIB, Instrument Connectivity, Instrument Drivers/IVI

The Challenge:
Mesurer la sensibilité et la directivité d’hydrophones composant des antennes sonar.

The Solution:
Construire une nouvelle génération de banc de test acoustique, avec des cartes de numérisation de signaux dynamiques et un logiciel de conduite sous LabVIEW.

Thomson Marconi Sonar est leader mondial dans la fabrication de sonars pour les différentes marines. Le département acoustique du site de Sophia Antipolis est le site français qui étudie, développe et fabrique les transducteurs et les antennes acoustiques composant les sonars.

Principe de mesure
Les sonars passifs utilisent un grand nombre d’hydrophones pour écouter et classifier les bruits sous-marins dans le domaine audible. Pour caractériser ou qualifier ces hydrophones, on effectue des mesures de sensibilité et de directivité. Pour cela, on transmet un signal acoustique sous la forme d’un train d’impulsions pour éliminer les échos dans le domaine temporel. Le signal est réceptionné par un hydrophone étalon et par le ou les hydrophone(s) sous test. L’hydrophone étalon permet de déterminer le niveau acoustique reçu et de calculer la sensibilité du ou des hydrophone(s) sous test en V/µPa en fonction du niveau électrique mesuré.

Le banc de mesure précédent utilisait des appareils de mesure pilotés en GPIB. Pour un nombre important de signaux (de 4 à >256), ils sont enregistrés sur des enregistreurs magnétiques et les calculs sont effectués en temps différé sur une station de travail. Le nouveau banc de mesure permet de tester plusieurs capteurs à la fois, avec des calculs effectués en même temps ou juste après le test.

Mise en oeuvre
Pour construire ce nouveau banc, appelé Banc Acoustique Nouvelle Génération (BANG), nous avons choisi le logiciel LabVIEW, deux cartes PCI-4451 et une carte PCI-4452 pour l’émission de quatre signaux et la réception de huit signaux. Nous avons confié la réalisation de l’application à la société Saphir, partenaire de National Instruments. Nous avons choisi Saphir pour ses références dans des applications similaires.
Pour effectuer des mesures correctes, il faut synchroniser les signaux générés et les signaux reçus. Nous avons utilisé le bus RTSI, présent sur les cartes pour partager la même horloge entre les différentes cartes et entre les entrées et les sorties des cartes 4451.
Lors des tests, l’antenne, composée de plus d’une centaine de capteurs, est immergée dans une cuve. La rotation des capteurs est faite par une tourelle pilotée par GPIB. Pour le test de sensibilité, un train d’impulsions à une fréquence donnée est généré par une sortie de la carte 4451. On mesure l’amplitude et la différence de phase entre sept hydrophones sous test et un hydrophone étalon. Puis on refait le même test à une fréquence différente. Les tests sont effectués dans une bande de fréquence variant de 3 à 20 kHz sur une trentaine de pas environ, et prennent quelques minutes seulement.

Pour le test de directivité, on positionne la tourelle avec des angles différents par rapport à la source et pour chaque position, on effectue des mesures sur plusieurs pas de fréquences. On mesure l’atténuation du signal par rapport à la réception optimale pour le même hydrophone à la même fréquence.

Résultats
Le banc fonctionne bien et nous permet d’effectuer les tests de qualification et d’acceptation sur les antennes. La mise en oeuvre du banc s’est faite en six mois environ. Nous avons travaillé en collaboration étroite avec un ingénieur de Saphir en réalisant conjointement le prototype sous LabVIEW, ce qui simplifie considérablement la phase de spécification et produit un code robuste et fiable.
Nous considérons l’ensemble du banc comme un appareil de mesure et nous avons rédigé la procédure permettant de mesurer les performances (amplitude, phase, fréquence et durée) pour les signaux générés et acquis à l’aide d’appareils calibrés. Cette procédure nous permet d’être conformes à nos exigences qualité.
À l’avenir, nous souhaitons mettre en place plusieurs autres bancs acoustiques : un banc donnant accès à plus de voies (8 en émission et 24 en réception), un banc portable sans boîtier externe et enfin un banc permettant de couvrir une bande de fréquence de 20 à 500 kHz.

Février 2001

Author Information:
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Xavier Chabert
Saphir
38530 Chapareillan
Tel: 04 76 45 21 21
xavier@saphir.fr

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