EP2553842A1 - Procede de communication sans fil entre plusieurs emetteurs et au moins un recepteur - Google Patents

Procede de communication sans fil entre plusieurs emetteurs et au moins un recepteur

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Publication number
EP2553842A1
EP2553842A1 EP11711593A EP11711593A EP2553842A1 EP 2553842 A1 EP2553842 A1 EP 2553842A1 EP 11711593 A EP11711593 A EP 11711593A EP 11711593 A EP11711593 A EP 11711593A EP 2553842 A1 EP2553842 A1 EP 2553842A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sensor
actuator
signal
vibratory
wave
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP11711593A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Jean-Louis Guyader
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institut National des Sciences Appliquees de Lyon
Original Assignee
Institut National des Sciences Appliquees de Lyon
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Filing date
Publication date
Application filed by Institut National des Sciences Appliquees de Lyon filed Critical Institut National des Sciences Appliquees de Lyon
Publication of EP2553842A1 publication Critical patent/EP2553842A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B11/00—Transmission systems employing sonic, ultrasonic or infrasonic waves

Definitions

  • the present invention relates to the field of wireless communication using mechanical waves.
  • the present invention relates to a method and a communication device between several transmitters and at least one receiver.
  • the term "mechanical wave” the phenomenon of propagation of a disturbance in a material medium without propagation of material.
  • Wireless communication technologies based on the propagation of electromagnetic waves generally use a transmitter equipped with an antenna capable of emitting an electromagnetic wave field containing information to be transmitted to the receiver.
  • a disadvantage of this type of wireless communication is that a wavefield containing the information to be transmitted is generated omnidirectionally by the transmitter.
  • This wave field can disturb some electronic devices positioned in the coverage area of the transmitter, causing malfunction thereof.
  • this wave field can be harmful for the health of human beings.
  • this can be detected by spy receivers located in the coverage area of the transmitter.
  • An object of the present invention is to provide a method and a device for overcoming at least one of the aforementioned drawbacks.
  • One of the aims of the invention is therefore to propose a new technical solution that is more satisfactory than the aforementioned solutions.
  • the communication between two elements is proposed by using mechanical waves propagating inside a structure.
  • This structure can be of different types. It can be for example a vehicle - such as a boat, an airplane, a submarine, a car - or a machine.
  • the invention proposes a method of communication between on the one hand at least one synchronized sensor / actuator device and on the other hand at least one sensor, the sensor / actuator device and the sensor being arranged in a structure, the process comprising:
  • the structure is excited at the position of the sensor by generating a pulse creating a so-called "primary" mechanical vibratory wave able to propagate in the structure
  • each vibratory signal OPDirect being associated with a respective sensor / actuator
  • the recorded OPDirect signal is returned temporally so as to obtain a vibratory signal returned OPRetourné
  • o is generated at each sensor / actuator a signal stream OPRetourné, OPRetourné signals being offset in time the relative to each other so as to obtain a pulse train at the sensor.
  • the method according to the invention makes it possible to focus signals (ie mechanical wave comprising information) at certain points (ie at the level of the sensor or sensors) of a medium where the wave propagates (in the example, the structure of the vehicle) without resorting to a mathematical model of the propagation medium of the wave.
  • One of the advantages of the method and system according to the invention is that it allows the mechanical wave communication in a structure in operation.
  • the signals sent from the sensor / actuator to the sensor can be differentiated from the existing noise when the structure is in operation.
  • the method according to the invention works all the better that the medium is complex.
  • Another advantageous aspect of the method according to the invention is that in other locations than that (or those) of the focusing (the positions other than that of the sensor or sensors) the signals emitted by the (or the) sensor (s) / actuator are distorted and thus naturally scrambled.
  • each sensor / actuator consists of a single element able to emit and receive mechanical waves, preferably a piezoelectric patch;
  • each sensor / actuator is disposed at one end and / or one periphery of the structure
  • the OPRoutourné signals are shifted in time according to a clock signal so as to create a binary coded pulse train at the sensor, the clock signal of the sensor being synchronized with the clock signal of the sensor / actuator.
  • the invention also relates to a communication system between, on the one hand, at least two synchronized sensor / actuator devices and, on the other hand, at least one sensor, the devices and the sensor being arranged in a structure, the system comprising:
  • recording means adapted to record vibratory signals containing the primary vibratory wave propagated at the sensors / actuators, each vibratory signal being associated with a respective sensor / actuator,
  • processing means adapted to temporally return the recorded vibratory signals to obtain vibratory signals in reverse time
  • each sensor / actuator consists of a piezoelectric patch
  • each sensor / actuator is disposed at one end of the structure
  • the primary vibratory wave comprises at least one pulse
  • the excitation means comprise at least one piezoelectric patch.
  • FIGS. 1 to 8 illustrate different variant embodiments of the method. and the system according to the invention.
  • FIG. 1 shows schematically an embodiment of the system according to the invention. This system is implemented in a vehicle 1. It is however obvious that the system can be used for other applications.
  • the system comprises a plurality of sensors / actuators 21, 22, 23 and a sensor 3.
  • the sensors / actuators 21, 22, 23 are devices able to:
  • the sensors / actuators are connected to a multi-channel signal generation / recording device.
  • This multi-channel device can be of any type known to those skilled in the art.
  • the multi-channel device comprises a computer connected to the piezoelectric patches via a mixer.
  • the sensors / actuators consists of an element capable of transmitting and receiving a signal representative of a vibratory wave. This solves the problem of different transfer functions between conventional excitation and vibration measurement systems that include separate transmitter and receiver devices.
  • the sensors / actuators are piezoelectric patches that have the particular advantages of being thin and compact.
  • the use of piezoelectric patches also has the advantage of allowing the reception and emission of a wave with the same element.
  • the system comprises several sensors / actuators, they are synchronized, that is to say that they emit or receive at the same time and use the same time base.
  • This synchronization of the emissions / recordings of the vibratory waves by the piezoelectric patches allows a good focusing of the signals emitted by the piezoelectric patches at the level of the sensor.
  • the sensor 3 is a component able to receive information contained in a
  • the information can be an impulse or a (or several) pulse train (s).
  • This information is for example a control information (ignition control of the dipped beam headlights, etc.) enabling the activation of an element associated with the sensor.
  • the system comprises three piezoelectric patches 21, 22, 23 and a sensor 3.
  • the purpose of this embodiment is to send command information in the form of one (or more) train (s) of pulses to the sensor from the piezoelectric patches.
  • Each piezoelectric patch emits a mechanical wave of its own as will be seen in more detail later.
  • the waves emitted by the patches propagate through the structure of the assembly on which the system according to the invention is implemented (here, the structure of the vehicle, namely the bodywork, the dashboard, etc.. ).
  • Each wave contains a "portion" of the control information. However, it is only the constructive interaction of the different waves generated by the patches that allows to find the control information as a whole.
  • the waves emitted by the different patches focus on the sensor and interact with each other to form a vibratory wave comprising the control information. This induces an action of the sensor, for example the ignition of the dipped beam of the vehicle, or any other desired action.
  • the information is detectable at the sensor level and scrambled elsewhere. This feature is naturally produced by the time reversal method which will be described later. 2. Time reversal method
  • This method exploits the phenomenon of symmetry of the propagation of a wave in a medium.
  • FIG. 2 there is illustrated an embodiment of the communication method according to the invention.
  • the signals comprising the information to be emitted by the piezoelectric patches are first recorded by them during a so-called learning phase.
  • the piezoelectric patches are used as receivers.
  • a first step of this learning phase the recording (in a memory) of the signal received by each piezoelectric patch as a function of time is activated.
  • the vehicle structure is excited by emitting a vibratory wave - called primary wave - comprising the information (which will subsequently be transmitted piezoelectric patches to the sensor).
  • This primary vibratory wave is generated at the sensor position.
  • the primary vibratory wave propagates in the structure of the vehicle according to different paths.
  • the primary vibratory wave goes through a piezoelectric patch, it detects it.
  • the signal detected by each patch is recorded in a memory of the multichannel device.
  • Each piezoelectric patch receives the primary vibratory waveform in a different form from the other piezoelectric patches. Indeed, the primary vibratory wave is deformed due to multiple reflections in the vehicle structure. As the piezoelectric patches are arranged at different positions, they record the primary vibratory wave in different forms.
  • the piezoelectric patches are not arranged at the same distance from the source, they receive the information at different times. Similarly, if the piezoelectric patches are in contact with materials having different wave propagation speeds, they receive the information at different times.
  • each piezoelectric patch re-emits in the structure a signal corresponding to the time reversal of the vibratory wave that it recorded.
  • the piezoelectric patches are used as transmitters.
  • the vibratory wave recorded by each piezoelectric patch is returned temporally.
  • This vibratory wave returned temporally is stored in the memory.
  • each piezoelectric patch emits a vibratory wave - said secondary - corresponding to the vibration wave returned it recorded.
  • the returned signals are transmitted in the structure at their respective recording positions.
  • the secondary vibratory waves emitted by the piezoelectric patches propagate in the structure.
  • Each secondary wave takes a reverse path from that of the primary wave from which it is derived.
  • FIGS. 3 to 8 represent vibration amplitude maxima maps in the vicinity of the position of the sensor.
  • the experiments described in paragraphs 4.1 to 4.4 were carried out on a weakly damped structure, namely a frame of a mower.
  • the experiments described in points 4.6 and 4.7 were carried out on a heavily damped structure, namely a dashboard of a vehicle.
  • a first experiment was carried out to highlight the interest of the time reversal. A pulse was given and recorded with the piezoelectric patches.
  • FIGS. 3a and 3b make it possible to easily locate the convergence zone 41. It can be seen that this zone is much larger in the case where the restored signal is not returned. In addition to this fact, it is also noted that the position of the sensor 3 is not included in the convergence zone 41 in the case where the restored signal is not returned.
  • the system comprises a single piezoelectric patch.
  • the system comprises two piezoelectric patches.
  • the convergence zone 41 is much better in FIG. 5b than in FIG. 5a.
  • the pulse train is binary coded using a clock.
  • the transmitted message is binary coded as a sequence of pulses synchronized in time by a period related to a read clock. It is only at the point of focus that the signal synchronization occurs so that at any other point the signal is unreadable because it is not synchronized in time.
  • the time reversal method presented above takes into account a very particular condition, namely that the phenomenon of damping of the wave by the structure is negligible.
  • the inventors have discovered that, in the case of a structure having a significant damping, the method and the system according to the invention remain applicable.
  • the result of the experiment carried out on a strongly damped structure is illustrated in FIG. 7.
  • the structure studied is a dashboard of a motor vehicle.
  • the system comprises a single source. It is, however, highly probable that the piezoelectric patches of the system are used to transmit vibratory waves to different sensors arranged at different positions.
  • the purpose of this experiment is to test the efficiency of the system and method according to the invention in the case of the simultaneous transmission of information to several sensors of the system.
  • a primary vibratory wave was generated at each sensor.
  • the two primary vibratory waves generated were decorrelated.
  • FIG. 8a shows the location of a first convergence zone 41 at the level of first sensor.
  • FIG. 8b shows the location of a second convergence zone 41 'at the second sensor.
  • the offset between the convergence zone of the vibrations from the patches and the position of the sensor is generally of the order of one to five centimeters, which allows for anyway a good transmission of information.
  • time reversal method is adapted to the transmission of information through a structure, whether it is high or low damping.
  • the time reversal method takes advantage of the complexity of the structure, it is preferable to place the piezoelectric patches on the ends of the structure. This method then makes it possible, on the one hand, to maximize the distances separating the patches from one another and to obtain sufficiently different wave propagation directions.
  • the source will be better located if it emits a series of pulses rather than a single pulse.
  • the method and system described above are adapted to communicate structurally without using time reversal.
  • the coded signal is emitted directly by the sensor / actuator without focusing and propagates along the structure.
  • the sensor can then be placed anywhere on the structure.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

La présente invention concerne un procédé de communication entre d'une part au moins deux dispositifs capteurs/actuateurs synchronisés et d'autre part au moins un senseur, les dispositifs et le senseur étant disposés dans une structure, le procédé comprenant : - une phase d'apprentissage (100) dans laquelle: on excite la structure à la position du senseur en générant une onde vibratoire dite « primaire » apte à se propager dans la structure; on enregistre au niveau des capteurs/actuateurs des signaux vibratoires contenant l'onde vibratoire primaire, chaque signal vibratoire étant associé à un capteur/actuateur respectif; - une phase de restitution (200) dans laquelle: on retourne temporellement les signaux vibratoires enregistrés pour obtenir des signaux vibratoires en temps retourné; on génère au niveau de chaque capteur/actuateur une onde vibratoire dite « secondaire » correspondant au signal vibratoire associé audit capteur/actuateur.

Description

PROCEDE DE COMMUNICATION SANS FIL ENTRE PLUSIEURS EMETTEURS ET
AU MOINS UN RECEPTEUR
DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention concerne le domaine de la communication sans fil en utilisant des ondes mécaniques.
Plus particulièrement la présente invention est relative à un procédé et un dispositif de communication entre plusieurs émetteurs et au moins un récepteur.
Dans le cadre de la présente invention, on appelle « onde mécanique » le phénomène de propagation d'une perturbation dans un milieu matériel sans propagation de matière.
ARRIERE PLAN DE L'INVENTION
Il existe plusieurs techniques permettant la communication sans fil entre un ou plusieurs émetteurs et un ou plusieurs récepteurs. Ces techniques utilisent généralement un signal qui se propage entre l'émetteur et le récepteur. Ce signal peut être lumineux (infrarouge, laser, etc.), électromagnétique ou acoustique (ondes radiofréquences, micro-ondes, etc.).
Les technologies de communication sans fil basées sur la propagation d'ondes électromagnétiques utilisent généralement un émetteur muni d'une antenne apte à émettre un champ d'ondes électromagnétiques contenant une information à transmettre au récepteur.
Un inconvénient de ce type de communication sans fil est qu'un champ d'ondes contenant l'information à transmettre est généré de manière omnidirectionnelle par l'émetteur.
Ce champ d'ondes peut perturber certains appareils électroniques positionnés dans la zone de couverture de l'émetteur, provoquant des disfonctionnement de ceux-ci.
Par ailleurs, ce champ d'ondes peut être nocif pour la santé des être humains. Enfin, dans le cas de la transmission d'informations confidentielles, celle-ci peuvent être détectées par des récepteurs espions situés dans la zone de couverture de l'émetteur.
Un but de la présente invention est de proposer un procédé et un dispositif permettant de pallier au moins l'un des inconvénients précités.
BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION
L'un des buts de l'invention est donc de proposer une nouvelle solution technique qui soit plus satisfaisante que les solutions susmentionnées.
Dans le cadre de la présente invention, on propose la communication entre deux éléments en utilisant des ondes mécaniques se propageant à l'intérieur d'une structure. Cette structure peut être de différents types. Il peut s'agir par exemple d'un véhicule - tel qu'un bateau, un avion, un sous-marin, une voiture - ou d'une machine.
A cet effet, l'invention propose un procédé de communication entre d'une part au moins un dispositif capteur/actuateur synchronisé et d'autre part au moins un senseur, le dispositif capteur/actuateur et le senseur étant disposés dans une structure, le procédé comprenant :
- une phase d'apprentissage dans laquelle
o on excite la structure à la position du senseur en générant une impulsion créant une onde vibratoire mécanique dite « primaire » apte à se propager dans la structure,
o on enregistre au niveau de chaque capteur/actuateur un signal vibratoire OPDirect propagé par l'onde vibratoire primaire, chaque signal vibratoire OPDirect étant associé à un capteur/actuateur respectif,
- une phase de restitution dans laquelle
o pour chaque capteur/actuateur, on retourne temporellement le signal OPDirect enregistré de sorte à obtenir un signal vibratoire retourné OPRetourné,
o on génère au niveau de chaque capteur/actuateur un train de signaux OPRetourné, les signaux OPRetourné étant décalés dans le temps les uns par rapport aux autres de sorte à obtenir un train d'impulsions au niveau du senseur.
Ainsi, le procédé selon l'invention permet de focaliser des signaux (i.e. onde mécanique comprenant une information) en certains points (i.e. au niveau du ou des senseurs) d'un milieu où l'onde se propage (dans l'exemple, la structure du véhicule) sans avoir recours à un modèle mathématique du milieu de propagation de l'onde.
L'un des avantages du procédé et du système selon l'invention est qu'il permet la communication par onde mécanique dans une structure en fonctionnement.
En effet, le fait de générer au niveau du (ou des) capteur(s)/actuateur(s) un train de signaux OPRetourné décalés dans le temps les uns par rapport aux autres de sorte à obtenir un train d'impulsions au niveau du senseur permet d'émerger du bruit.
En d'autres termes, les signaux envoyés du capteur/actuateur vers le senseur peuvent être différenciés du bruit existant lorsque la structure est en fonctionnement.
Le procédé selon l'invention fonctionne d'autant mieux que le milieu est complexe. Un autre aspect avantageux du procédé selon l'invention est qu'en d'autres emplacements que celui (ou ceux) de la focalisation (les positions autres que celle du ou des senseurs) les signaux émis par le (ou les) capteur/actuateur sont déformés et donc brouillés naturellement.
Des aspects préférés mais non limitatifs du procédé selon l'invention sont les suivants :
- chaque capteur/actuateur consiste en un élément unique apte à émettre et à recevoir des ondes mécaniques, de préférence un patch piézoélectrique ;
- chaque capteur/actuateur est disposé à une extrémité et/ou une périphérie de la structure ;
- pour chaque capteur/actuateur, les signaux OPRetourné sont décalés dans le temps en fonction d'un signal d'horloge de sorte à créer un train d'impulsion codé binaire au niveau du senseur, le signal d'horloge du senseur étant synchronisé avec le signal d'horloge du capteur/actuateur.
L'invention concerne également un système de communication entre d'une part au moins deux dispositifs capteurs/actuateurs synchronisés et d'autre part au moins un senseur, les dispositifs et le senseur étant disposés dans une structure, le système comprenant :
- des moyens d'excitation de la structure à la position du senseur, lesdits moyens étant adaptés pour générer une onde vibratoire mécanique dite « primaire » apte à se propager dans la structure,
- des moyens d'enregistrement adaptés pour enregistrer des signaux vibratoires contenant l'onde vibratoire primaire propagée au niveau des capteurs/actuateurs, chaque signal vibratoire étant associé à un capteur/actuateur respectif,
- des moyens de traitement adaptés pour retourner temporellement les signaux vibratoires enregistrés pour obtenir des signaux vibratoires en temps retourné,
- des moyens de génération, au niveau de chaque capteur/actuateur, d'une onde vibratoire dite « secondaire » correspondant au signal vibratoire associé audit capteur/actuateur .
Des aspects préférés mais non limitatifs du système selon l'invention sont les suivants :
- chaque capteur/actuateur consiste en un patch piézoélectrique ;
- chaque capteur/actuateur est disposé à une extrémité de la structure ;
- l'onde vibratoire primaire comprend au moins une impulsion ;
- les moyens d'excitation comprennent au moins un patch piézoélectrique.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
D'autres avantages et caractéristiques ressortiront mieux de la description qui va suivre de plusieurs variantes d'exécution, données à titre d'exemples non limitatifs, à partir des dessins annexés sur lesquels les figures 1 à 8 illustrent différentes variantes d'exécution du procédé et du système selon l'invention.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION 1. Système de communication selon l'invention On va maintenant décrire le procédé et le système de communication selon l'invention en référence aux figures.
La figure 1 représente schématiquement un mode de réalisation du système selon l'invention. Ce système est mis en œuvre dans un véhicule 1. Il est toutefois bien évident que le système peut être utilisé pour d'autres applications.
Le système comprend une pluralité de capteurs/actuateurs 21 , 22, 23 et un senseur 3.
Les capteurs/actuateurs 21 , 22, 23 sont des dispositifs aptes à :
- recevoir une onde mécanique, et
- émettre une onde mécanique.
Les capteurs/actuateurs sont connectés à un dispositif multivoies de génération/enregistrement de signaux. Ce dispositif multivoies peut être de tout type connu par l'homme du métier.
Dans le mode de réalisation illustré à la figure 1 le dispositif multivoies comprend un ordinateur relié aux patchs piézoélectriques par l'intermédiaire d'une table de mixage.
De préférence, les capteurs/actuateurs consiste en un élément apte à émettre et recevoir un signal représentatif d'une onde vibratoire. Ceci permet de régler le problème de fonctions de transfert différentes entre les systèmes classiques d'excitation et de mesure de vibration qui comprennent des dispositifs émetteur et récepteur distincts.
Par exemple, dans un mode de réalisation, les capteurs/actuateurs sont des patchs piézoélectriques qui présentent notamment les avantages d'être minces et compacts. L'utilisation de patchs piézoélectriques présente en outre l'avantage de permettre la réception et l'émission d'une onde avec le même élément.
Lorsque le système comprend plusieurs capteurs/actuateurs, ceux-ci sont synchronisés, c'est-à-dire qu'ils émettent ou reçoivent au même instant et utilisent la même base de temps. Cette synchronisation des émissions/enregistrements des ondes vibratoires par les patchs piézoélectriques permet une bonne focalisation des signaux émis par les patchs piézoélectrique au niveau du senseur.
Le senseur 3 est un composant apte à recevoir une information contenue dans une
(ou plusieurs) onde(s) mécanique(s). L'information peut être une impulsion ou un (ou plusieurs) train(s) d'impulsions. Cette information est par exemple une information de commande (commande d'allumage des feux de croisement du véhicule, etc.) permettant l'activation d'un élément associé au senseur.
Dans le mode de réalisation illustré à la figure 1 , le système comprend trois patchs piézoélectriques 21 , 22, 23 et un senseur 3.
Le but de ce mode de réalisation est d'envoyer une information commande sous forme d'un (ou plusieurs) train(s) d'impulsions au senseur à partir des patchs piézoélectriques.
Le principe est le suivant. Chaque patch piézoélectrique émet une onde mécanique qui lui est propre comme on le verra plus en détail dans la suite.
Avantageusement, les ondes émises par les patchs se propagent à travers la structure de l'ensemble sur lequel le système selon l'invention est mis en œuvre (ici, la structure du véhicule, à savoir la carrosserie, le tableau de bord, etc.).
Chaque onde contient une « portion » de l'information de commande. Toutefois, c'est uniquement l'interaction constructive des différentes ondes générées par les patchs qui permet de retrouver l'information de commande dans son ensemble.
Les ondes émises par les différents patchs focalisent au niveau du senseur et interagissent entre elles pour constituer une onde vibratoire comprenant l'information de commande. Ceci induit une action du senseur, par exemple l'allumage des feux de croisement du véhicule, ou toute autre action désirée.
De préférence, l'information est détectable au niveau du senseur et brouillée ailleurs. Cette particularité est naturellement produite par la méthode de retournement temporel qui sera décrite dans la suite. 2. Méthode de retournement temporel
La méthode de retournement temporel a été introduite au milieu des années 1980 par Mathias Fink. Elle est notamment décrite dans le document FR 2 868 894.
Cette méthode exploite le phénomène de symétrie de la propagation d'une onde dans un milieu. On peut alors définir des milieux symétriques ou invariants en temps dans lesquels le déroulement d'un phénomène est physiquement possible dans les deux directions du temps.
La méthode de retournement temporel est basée sur la symétrie dans le temps des équations de la mécanique, à l'exclusion des phénomènes d'amortissement. En effet, on rappelle que l'équation différentielle ordinaire est du type :
, où : « Cdx/dt » représente l'amortissement de l'onde. Lorsque l'on inverse le temps dans cette équation (i.e. « t » remplacé par « -t »), on constate que le seul terme variant est celui représentant l'amortissement. 3. Procédé de communication selon l'invention
En référence à la figure 2, on a illustré un mode de réalisation du procédé de communication selon l'invention.
Pour permettre la communication entre les patchs piézoélectriques et le senseur, les signaux comprenant l'information que doivent émettre les patchs piézoélectriques sont tout d'abord enregistrés par ceux-ci lors d'une phase dite d'apprentissage.
Lors de cette phase d'apprentissage, les patchs piézoélectriques sont utilisés en récepteurs.
Dans une première étape de cette phase d'apprentissage, on active l'enregistrement (dans un mémoire) du signal reçu par chaque patch piézoélectrique en fonction du temps.
Dans une deuxième étape, on excite la structure du véhicule en émettant une onde vibratoire - dite primaire - comprenant l'information (qui devra ultérieurement être transmise des patchs piézoélectrique vers le senseur).
Cette onde vibratoire primaire est générée à la position du senseur.
L'onde vibratoire primaire se propage dans la structure du véhicule selon différents chemins.
Lorsque l'onde vibratoire primaire passe par un patch piézoélectrique, celui-ci la détecte. Le signal détecté par chaque patch est enregistré dans une mémoire du dispositif multivoies. Chaque patch piézoélectrique reçoit l'onde vibratoire primaire sous une forme différente des autres patchs piézoélectriques. En effet, l'onde vibratoire primaire est déformée du fait des réflexions multiples intervenues dans la structure du véhicule. Comme les patchs piézoélectriques sont disposés à des positions différentes, ils enregistrent l'onde vibratoire primaire sous des formes différentes.
Par ailleurs, si les patchs piézoélectriques ne sont pas disposés à une même distance de la source, ils reçoivent l'information à des temps différents. De même si les patchs piézoélectriques sont en contact avec des matériaux ayant des vitesses de propagation d'onde différentes, ils reçoivent l'information à des temps différents.
Lors d'une phase de restitution, chaque patch piézoélectrique réémet dans la structure un signal correspondant au retournement temporel de l'onde vibratoire qu'il a enregistré.
Lors de cette phase de restitution, les patchs piézoélectriques sont utilisés en émetteurs.
Dans une première étape de cette phase, l'onde vibratoire enregistrée par chaque patch piézoélectrique est retournée temporellement. Cette onde vibratoire retournée temporellement est enregistrée dans la mémoire.
Dans une deuxième étape, chaque patch piézoélectrique émet une onde vibratoire - dite secondaire - correspondant à l'onde vibratoire retournée qu'il a enregistrée. Ainsi, les signaux retournés sont émis dans la structure à leurs positions d'enregistrement respectives.
Les ondes vibratoires secondaires émises par les patchs piézoélectriques se propagent dans la structure. Chaque onde secondaire emprunte un chemin inverse de celui de l'onde primaire dont il est issu.
Ces ondes vibratoires secondaires focalisent à la position du senseur. Les ondes vibratoires secondaires émises par les patchs ont une interaction constructive à la position du senseur. L'onde vibratoire primaire est recréée à la position du senseur par interaction constructive des ondes vibratoires secondaires. Le senseur détecte cette onde primaire recréée, et par exemple active une commande si l'onde vibratoire contient une information de commande. 4. Expérimentation sur une structure faiblement amortie
Le procédé et le système selon l'invention ont été expérimentés sur différentes structures pour étudier l'influence de certains paramètres du système selon l'invention. Ces paramètres sont notamment :
- le nombre de patchs piézoélectriques utilisés,
- la complexité de la structure dans laquelle sont mis en œuvre le système et le procédé selon l'invention,
- le type d'onde vibratoire émise.
Les résultats de ces expérimentations sont donnés aux figures 3 à 8 qui représentent des cartes de maxima d'amplitude de vibration au voisinage de la position du senseur. Les expérimentations décrites aux paragraphes 4.1 à 4.4 ont été réalisées sur une structure faiblement amortie, à savoir un châssis d'une tondeuse. Les expérimentations décrites au point 4.6 et 4.7 ont été réalisées sur une structure fortement amortie, à savoir un tableau de bord d'un véhicule.
4.11ntérêt de l'étape de retournement temporel
Une première expérience a été réalisée pour mettre en évidence l'intérêt du retournement temporel. Une impulsion a été donnée et enregistrée avec les patchs piézoélectriques.
Dans un premier temps, les patchs piézoélectriques ont été utilisés pour restituer le signal enregistré sans retournement. Dans un second temps, les signaux enregistrés ont été retournés avant d'être restitués. Les résultats sont illustrés sur les figures 3a et 3b.
Les figures 3a et 3b permettent de repérer aisément la zone de convergence 41. On constate que celle-ci est beaucoup plus étendue dans le cas où le signal restitué n'est pas retourné. Outre ce fait, on remarque également que la position du senseur 3 n'est pas comprise dans la zone de convergence 41 dans le cas où le signal restitué n'est pas retourné.
Pour ces raisons, on préférera effectuer l'étape de retournement. 4.2 Influence du nombre de patchs piézoélectriques utilisés
Une deuxième expérience a été réalisée pour étudier la différence de focalisation en fonction du nombre de patchs piézoélectriques. Les résultats sont illustrés sur les figures 4a et 4b.
Dans le cas de la figure 4a, le système comprend un unique patch piézoélectrique. Dans le cas de la figure 4b, le système comprend deux patchs piézoélectriques.
En référence aux figures 4a et 4b, on constate que l'utilisation de deux patchs piézoélectriques (figure 4b) produit la convergence la plus précise : la zone de convergence étant un peu plus étroite, et un peu plus centrée sur la position du senseur 3.
L'ajout de patchs supplémentaires augmente également l'amplitude des vibrations créées lors de la phase de restitution.
Par ailleurs, on constate sur la gauche de la figure 4a une augmentation de l'amplitude de vibrations 42. Ceci laisse supposer l'existence de lieux présentant des maxima locaux. Si l'on étudie cette zone lors de l'utilisation de deux patchs, on constate que cette hausse d'amplitude est atténuée.
Ainsi, l'ajout d'un patch permet d'éviter les convergences parasites en d'autres points que la position du senseur.
On déduit de cette expérimentation qu'on pourra augmenter le nombre de patchs piézoélectriques du système pour améliorer les résultats obtenus par celui-ci. 4.3 Influence de la complexité de la structure
Une troisième expérience a été réalisée pour étudier l'influence de la complexité de la structure sur laquelle le système est mis en place. Il n'est pas évident de complexifier une structure existante. Un résultat semblable à une complexification de structure peut être obtenu en éloignant les patchs piézoélectriques du senseur, et en les éloignant les uns des autres. Les résultats sont illustrés sur les figures 5a et 5b. La figure 5a symbolise une structure simple ; dans le cas de la figure 5a, les patchs et le senseur sont disposés sur une même pièce de la structure. La figure 5b symbolise une structure complexe ; dans le cas de la figure 5b, les patchs et le senseur sont fixés sur des pièces distinctes reliées entre elles par des vis.
La zone de convergence 41 est bien meilleure sur la figure 5b que sur la figure 5a.
Ceci met en avant la particularité de la méthode de retournement temporel : plus la structure est complexe, plus la localisation de la source de vibrations est bonne.
En effet la complexité de la structure étend l'impulsion par de multiples réflexions. De fait, l'instant exact où toutes les ondes secondaires restituées convergent est plus court.
4.4 Influence du type d'onde vibratoire
Les expériences présentées aux paragraphes 4.1. à 4.3. sont réalisées en utilisant une impulsion comme première excitation de la structure.
Une nouvelle expérience a été menée en utilisant un signal correspondant à un train d'impulsions.
Ce signal à large bande, reproduisant un phénomène appelé « rattle », a été utilisé comme point de départ de l'expérience de retournement temporel et a conduit au résultat illustré à la figure 6, où un cercle localise la position du senseur.
On observe sur la figure 6 que les maxima d'amplitude de vibration sont regroupés au niveau de la position du senseur. Les maxima d'amplitude de vibration sont très légèrement décalés par rapport à la position du senseur, mais cette erreur reste toutefois très acceptable.
Avantageusement, le train d'impulsion est codé binaire en utilisant une horloge.
Au point de focalisation, le message transmis est codé binaire comme une suite d'impulsions synchronisées dans le temps par une période liée à une horloge de lecture. C'est uniquement au point de focalisation que la synchronisation du signal se produit de sorte qu'en tout autre point, le signal est illisible car non synchronisé dans le temps.
4.5 Enseignement tiré des expérimentations Les expérimentations décrites ci-dessus ont permis de déterminer quelques paramètres permettant d'améliorer la qualité des résultats.
L'un de ces paramètres concerne le nombre de patchs piézoélectriques utilisés. Plus le nombre de patch est important, plus la précision de la convergence est importante. Seul inconvénient à la multiplication du nombre de patchs : le coût de l'amplificateur haute tension utilisé pour assurer son bon fonctionnement.
Un autre paramètre concerne la complexité de la structure. Plus la structure est complexe, plus la qualité est importante. Il n'est certes pas évident de procéder à ce type de modification, mais un résultat équivalent peut être obtenu en éloignant les patchs piézoélectriques les uns des autres et du senseur.
Enfin, il semble qu'il soit plus aisé de détecter une série d'impulsions plutôt qu'une impulsion isolée. 4.6 Influence de l'amortissement de la structure
La méthode de retournement temporel présentée ci-dessus tient compte d'une condition bien particulière, à savoir que le phénomène d'amortissement de l'onde par la structure est négligeable.
En effet, comme on l'a vu précédemment, les phénomènes d'amortissement ne satisfont pas au principe de symétrie dans le temps de la propagation d'une onde.
C'est pourquoi l'homme du métier applique généralement la méthode de retournement temporel pour des structures peu ou pas amorties de sorte que le terme Cdx/dt représentant l'amortissement de l'onde peut être négligé.
Ainsi, pour l'homme du métier, l'existence d'un amortissement important de la structure est susceptible de perturber la méthode de retournement temporel.
Les inventeurs ont découverts que, dans le cas d'une structure présentant un amortissement non négligeable, le procédé et le système selon l'invention restent applicables. Le résultat de l'expérimentation réalisée sur une structure fortement amortie est illustré sur la figure 7. La structure étudiée est une planche de bord d'un véhicule automobile.
On observe sur cette carte d'amplitudes de vibrations illustrée à la figure 7 que la zone de convergence 41 est légèrement décalée par rapport à la position réelle du senseur. L'amortissement de la planche de bord est supérieur à celui du châssis de tondeuse, et l'expérience de retournement appliquée à ce type de structure plus amortie produit des résultats un peu moins précis. Ces résultats pourront toutefois être acceptés. On observe en effet un décalage d'un à deux centimètres seulement entre la zone de convergence et la position du senseur. Cette valeur reste négligeable par rapport aux dimensions de la planche de bord.
4.7 Transmission d'onde vibratoire à plusieurs senseurs distincts Dans les expérimentations décrites ci-dessus, le système comprend une seule source. Il est cependant fort probable que les patchs piézoélectriques du système soient utilisés pour transmettre des ondes vibratoires à différents senseurs disposés à des positions distinctes.
Le but de cette expérience est de tester l'efficacité du système et du procédé selon l'invention dans le cas de la transmission simultanée d'informations à plusieurs senseurs du système.
Deux senseurs ont été disposés à deux emplacements différents sur le tableau de bord.
Lors de la phase d'apprentissage, une onde vibratoire primaire a été générée au niveau de chaque senseur. Les deux ondes vibratoires primaires générées étaient décorrélées.
Lors de la phase de restitution, l'amplitude des ondes vibratoires recréées à partir des ondes vibratoires secondaires générées par les patchs piézoélectriques a été mesurée pour différents points. Les figures 8a et 8b illustrent les résultats obtenus. La figure 8a montre la localisation d'une première zone de convergence 41 au niveau du premier senseur. La figure 8b présente la localisation d'une seconde zone de convergence 41 ' au niveau du second senseur.
Sur la figure 8a, on observe un léger décalage de la zone de convergence 41 par rapport à la position réelle du senseur. Ce décalage reste encore une fois dans les limites acceptables par rapport à la taille de la planche de bord.
Sur la figure 8b on observe un décalage plus important entre la zone de convergence 41 ' et la position du senseur 3'. La précision du résultat reste compatible avec une utilisation industrielle du procédé. 4.8 Enseignement tiré des expérimentations sur une structure fortement amortie
Il résulte de cette série d'expérience que lors de son application sur des structures amorties, la méthode de retournement temporelle conduit à des résultats un peu moins précis. Si cette diminution de précision est notable, elle ne défavorise pas pour autant la méthode des temps retournés pour la transmission d'informations à des senseurs.
En effet, le décalage constaté entre la zone de convergence des vibrations issues des patchs et la position du senseur est généralement de l'ordre d'un à cinq centimètres, ce qui permet d'avoir quoi qu'il en soit une bonne transmission d'informations.
5. Conclusions
Il a été montré, d'une façon générale, que l'utilisation de la méthode de retournement temporel est adaptée à la transmission d'informations à travers une structure, que celle-ci soit à fort ou à faible amortissement.
Rappelons les principaux paramètres influençant la qualité des résultats.
L'augmentation du nombre de patchs piézoélectriques améliore la précision de la convergence.
Compte tenu des observations faites lors des expérimentations précédentes, on peut estimer que l'utilisation de trois patchs permet d'améliorer sensiblement la précision du procédé, surtout dans le cas d'une structure fortement amortie. Par ailleurs, il semble légitime de penser que l'utilisation de plus de trois patchs ne produit pas d'amélioration significative par rapport au surcoût engendré par la mise en place de matériel supplémentaire. Cette considération est toutefois fonction des dimensions de la structure et peut toutefois être revue lorsque les dimensions de la structure considérée sont agrandies.
La méthode de retournement temporel tirant profit de la complexité de la structure, il est préférable de placer les patchs piézoélectriques sur des extrémités de la structure. Cette méthode permet alors d'une part de maximiser les distances séparant les patchs les uns des autres et d'obtenir des directions de propagation d'ondes suffisamment différentes.
Enfin, la source sera mieux localisée si elle émet une série d'impulsions plutôt qu'une impulsion seule.
L'homme du métier aura compris que de nombreuses modifications peuvent être apportées au système et au procédé décrit ci-dessus sans sortir matériellement des nouveaux enseignements présentés ici.
Par exemple, dans un mode de réalisation, le procédé et le système décrit ci- dessus sont adaptés pour communiquer structurellement sans utiliser le retournement temporel. Dans ce cas, le signal codé est émis directement par les capteur/actuateur sans focalisation et se propage le long de la structure. Le senseur peut alors être disposé n'importe où sur la structure.
Il est donc bien évident que les exemples qui viennent d'être donnés ne sont que des illustrations particulières en aucun cas limitatives. Par conséquent, toutes les modifications de ce type sont destinées à être incorporées à l'intérieur de la portée des revendications jointes.

Claims

REVENDICATIONS
Procédé de communication entre d'une part au moins un dispositif capteur/actuateur synchronisé et d'autre part au moins un senseur, le dispositif capteur/actuateur et le senseur étant disposés dans une structure, caractérisé en ce que le procédé comprend :
- une phase d'apprentissage (100) dans laquelle
o on excite la structure à la position du senseur en générant une impulsion créant une onde vibratoire mécanique dite « primaire » se propageant dans la structure,
o on enregistre un signal OPDirect propagé par l'onde vibratoire primaire au niveau de chaque capteur/actuateur, chaque signal OPDirect étant associé à un capteur/actuateur respectif,
- une phase de restitution (200) dans laquelle
o pour chaque capteur/actuateur, on retourne temporellement le signal OPDirect enregistré de sorte à obtenir un signal retourné OPRetourné, o on génère au niveau de chaque capteur/actuateur un train de signaux OPRetourné décalés dans le temps de sorte à obtenir un train d'impulsions au niveau du senseur.
Procédé selon la revendication précédente, dans lequel chaque capteur/actuateur consiste en un élément unique apte à émettre et à recevoir des ondes mécaniques.
Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel chaque capteur/actuateur est disposé à la périphérie de la structure.
Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel pour chaque dispositif capteur/actuateur, les signaux OPRetourné sont décalés dans le temps en fonction d'un signal d'horloge de sorte à créer un train d'impulsion codé binaire au niveau du senseur, le signal d'horloge du senseur étant synchronisé avec le signal d'horloge du dispositif capteur/actuateur.
5. Système de communication comprenant d'une part au moins un dispositif capteur/actuateur (21 , 22) synchronisé et d'autre part au moins un senseur, le dispositif capteur/actuateur et le senseur (3) étant disposés dans une structure, caractérisé en ce que le système comprenant en outre :
- des moyens d'excitation de la structure à la position du senseur, lesdits moyens étant adaptés pour générer une impulsion créant une onde vibratoire mécanique dite « primaire » se propageant dans la structure,
- des moyens d'enregistrement adaptés pour enregistrer au niveau de chaque capteur/actuateur, un signal OPDirect propagé par l'onde vibratoire primaire, chaque signal OPDirect étant associé à un capteur/actuateur respectif,
- des moyens de traitement adaptés pour retourner temporellement chaque signal OPDirect enregistré de sorte à obtenir un signal retourné OPRetourné,
- des moyens de génération, au niveau de chaque capteur/actuateur, adaptés pour générer un train de signaux OPRetourné, les signaux OPRetourné étant décalés dans le temps les uns par rapport aux autres de sorte à obtenir un train d'impulsions au niveau du senseur.
6. Système selon la revendication précédente, dans lequel chaque capteur/actuateur consiste en un élément unique apte à émettre et à recevoir des ondes mécaniques.
7. Système selon l'une des deux revendications précédentes, dans lequel chaque capteur/actuateur est disposé à la périphérie de la structure. 8. Système selon l'une des trois revendications précédentes, dans lequel les moyens de génération au niveau de chaque capteur/actuateur sont adaptés pour générer un train de signaux OPRetourné décalés dans le temps en fonction d'un signal d'horloge de sorte à créer un train d'impulsion codé binaire. 9. Système selon l'une des quatre revendications précédentes, dans lequel les moyens d'excitation comprennent au moins un patch piézoélectrique.
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