Classification, Identification et Localisation de Sources … · 2011. 11. 10. · TOTIR Felix...
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Classification, Identification et Localisation de Sources Acoustiques :
État de l'Art et Perspectives Industrielles
7-8 novembre 2011
ENI Val de Loire – Semaine Internationale, 7-10 nov 2011 -
Grand Amphithéâtre, 3 rue de la Chocolaterie, 41034 Blois - France
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LISTE DES 31 PARTICIPANTS
ANTONI Jérôme INSA Lyon (LVA) [email protected] VILLEURBANNE France
CHALINE Jennifer UNIVERSITE de TOURS [email protected] TOURS CEDEX 1 France
COSTE Olivier SIGNAL DEVELOPPEMENT [email protected] POITIERS France
DESCHANEL Stéphanie Laboratoire MATEIS, INSA Lyon [email protected] VILLEURBANNE France
DOS SANTOS Serge UMRS INSERM 930 // CNRS- ERL3106 [email protected] BLOIS CEDEX France
FAROVA Zuzana Institute of Thermomechanics ASCR, v. v. i. [email protected] Prague Czech Republic
GAUTIER Guillaume Université de Tours, Laboratoire LMR [email protected] BLOIS France
GIRAULT Jean-Marc UMRS INSERM 930 // CNRS- ERL3106 [email protected] TOURS CEDEX France
GODIN Nathalie Laboratoire MATEIS, INSA Lyon [email protected] VILLEURBANNE France
GOURSOLLE Thomas BF Systèmes - LMA [email protected] Marseille Cedex 20 France
HAMDI Seif Eddine Groupe ESEO [email protected] ANGERS France
KUS Vaclav Czech Technical University in Prague [email protected] Prague Czech Republic
LECOQ Damien LAUM [email protected] Le Mans cedex 9 France
LEMATRE Mickaël UMRS INSERM 930 // CNRS- ERL3106 [email protected] TOURS Cedex France
MAILLET Emmanuel Laboratoire MATEIS, INSA Lyon [email protected] VILLEURBANNE France
MARMAROLI Patrick EPFL [email protected] Lausanne Switzerland
MENIGOT Sebastien UMRS INSERM 930 // CNRS- ERL3106 [email protected] TOURS CEDEX 1 France
MONNIER Thomas Laboratoire MATEIS, INSA Lyon [email protected] VILLEURBANNE France
MORIOT Jérémy Laboratoire vibration acoustique [email protected] VILLEURBANNE France
PALACINO Julian Orange Labs [email protected] Plestin les Grèves France
PALLAS Marie-Agnès IFSTTAR-LTE [email protected] BRON CEDEX France
PEILLOT Antoine UPMC [email protected] SAINT CYR L'ECOLE France
PEZERAT Charles ENSIM - LAUM [email protected] Le Mans Cedex 9 France
PICO VILA Ruben Universidad Politécnica de Valencia (Gandia) [email protected] GANDIA Spain
PINIER Ludovic MISTRAS Group S.A. [email protected] Sucy en Brie France
RACLE Elie Laboratoire MATEIS, INSA Lyon [email protected] VILLEURBANNE France
RAISSEIX Vincent BRUEL & KJAER [email protected] Mennecy France
SBEITY Fatima UMRS INSERM 930 // CNRS- ERL3106 [email protected] Tours cedex France
TOTIR Felix Costinel CYBERIO [email protected] MEYLAN France
VOICU Iulian UMRS INSERM 930 // CNRS- ERL3106 [email protected] Tours cedex L France
YU Liang INSA de Lyon [email protected] Villeurbanne France
ORGANISATION SCIENTIFIQUE (SOCIÉTÉ FRANÇAISE D'ACOUSTIQUE)
DOS SANTOS Serge Groupe Instrumentation et Signal (GIS) UMRS INSERM 930 CNRS- ERL3106 BLOIS
GIRAULT Jean-Marc Groupe Instrumentation et Signal (GIS) UMRS INSERM 930 CNRS- ERL3106 TOURS
LE DUFF Alain Groupe Instrumentation et Signal (GIS) Groupe ESEO - LAUM ANGERS
HAÏAT Guillaume Resp. Groupe Instrumentation et Signal (GIS) UMR 8208 CNRS PARIS
LASAYGUES Philippe Resp. Groupe GAPSUS LMA -CNRS MARSEILLE
LISSEK Philippe Resp. Groupe GTEA EPFL LAUSANNE
PEZERAT Charles Resp. Groupe GVB ENSIM - LAUM LE MANS
ORGANISATION LOCALE (ENIVL) et SFA
Serge DOS SANTOS ENI Val de Loire UMRS INSERM 930 CNRS- ERL3106 BLOIS
Mickaël LEMATRE ENI Val de Loire UMRS INSERM 930 CNRS- ERL3106 BLOIS
Évelyne DEWAYSE SOCIÉTÉ FRANÇAISE D'ACOUSTIQUE SFA PARIS
Classification, Identification et Localisation de Sources Acoustiques : État de l'Art et Perspectives Industrielles (CILSA)
ENI Val de Loire – Semaine Internationale, 7-10 nov 2011 - Grand Amphithéâtre, 3 rue de la Chocolaterie, 41034 BLOIS - France
Programme des journées CILSA
Lundi 7 novembre 201113h45 : Accueil et présentation des journées14h15 : Conférences invitées
• Rubén Picó Vila (UPV Gandia) : Le système transducteur/cristal sonique comme une source acoustique ?• Thomas Goursolle (BF Systèmes): Identification de sources non linéaires : application à la caractérisation
ultrasonore d'une bulle libre• Ludovic Pinier (Mistras Group) : Systèmes d'émission acoustique : approche statistique du signal
15h45 : Pause café 16h30 : Communications techniquesCommunications Orales :
• Application des techniques de reconnaissance de forme à l’identification de l’endommagement mécanique dans les matériaux : intérêts et limites, N. Godin, S. Deschanel, M. R’Mili , P. Reynaud et G. Fantozzi, INSA Lyon, Laboratoire MATEIS, Lyon
• Étude et localisation de l’endommagement de matériaux à l’aide de deux techniques : émission acoustique et tomographie X, S. Deschanel, N. Godin, E. Maire et J.Courbon, INSA Lyon, Laboratoire MATEIS, Lyon
• Classification Methods and Experimental Deconvolution for Determination of Acoustic Emission Sources, Zuzana Farová, Zdenek Prevorovský, Václav Kus et Serge Dos Santos, Institute of Thermomechanics AS CR and Czech Technical University in Prague, UMRS « Imagerie et Cerveau » INSERM-CNRS ERL3106, Blois
• Application expérimentale du “Compressive Sampling” à la localisation et l’identification de sources acoustiques, Antoine Peillot, Gilles Chardon, François Ollivier et Laurent Daudet, UPMC Univ Paris 06 et Institut Langevin, ESPCI ParisTech
18h30 : Table ronde, posters et discussions 19h00 : Diner et parcours culturel dans la ville de Blois
Mardi 8 novembre 20118h30 : Conférences invitées
• Vaclav Kus (Prague Technical University) : Statistical and Numerical Techniques of Classification of Acoustic Sources : Acoustic Emission example
• Jérôme Antoni (INSA Lyon) : Reconstruction et séparation de sources sonores par approches probabilistes bayésiennes
• Patrick Marmaroli (EPFL Lausanne) : Suivi et classification de sources sonores compétitives par traitement d’antenne : exemples d’applications
10h00 Pause café 10h30 : Communications techniques (orales)
• Caractérisation de l’endommagement des Composites à Matrice Céramique par Émission Acoustique : localisation et évaluation de l’énergie des sources, E. Maillet, N. Godin, M. R’Mili, P. Reynaud, J. Lamon et G. Fantozzi, INSA Lyon, Laboratoire MATEIS, Lyon
• Identification par problème inverse vibratoire de pressions pariétales engendrées par un écoulement turbulent à la surface d'une structure vibrante, Damien Lecoq, Charles Pézerat, Jean-Hugh Thomas et Wenping Bi, Laboratoire d'Acoustique de l'Université du Maine, Le Mans
• Identification de structures vibrantes par éléments finis via une méthode de "subspace fitting", G. Gautier, R. Serra et J.-M. Mencik, ENI Val de Loire, LMR, Blois
12h00 : Conclusion et clôture des journéesh ttps://intranet.sfa.asso.fr/archives/J68-CILSA/
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LUNDI 7 novembre 2011
Le système transducteur/cristal sonique comme une source acoustique
Rubén Picó Vila. UPV. Spain , http:/ / f isgan.webs.upv.es/ [email protected]
ABSTRACT
A Sonic Crystal is a periodic arrangement of cylindrical inclusions embedded in a homogeneous host material. The host material may be solid, the term Phononic Crystal is used in this case. For many of the applications usually these scatterers can be considered as infinitely rigid and the propagation inside them is not possible. The propagation of acoustic waves in periodic media can be described from its dispersion relation and the isofrequency contours. Band gaps and propagation curves describe the propagation features for a specific direction in an infinite crystal.
Sonic Crystals are designed to guide the acoustic energy in an appropriate way and show particular effects as focalization, auto-collimation or filtering. Most of the works in the literature concerning sonic crystals focused on the propagation properties of sound waves inside the periodic medium. The ability of sonic crystals to manipulate sound propagation can be used to modify the radiation and directivity properties of acoustic sources.
Several devices in the audio technology are used to modify the acoustic properties of sound sources. The horn of a loudspeaker provides a particular directivity pattern and radiation impedance. In a similar way, Sonic Crystals are passive devices transform the transmission properties of the active sound source. The system “Transducer-Sonic crystal” can be designed to manipulate waves by generating highly directive beams, total diffusion or acting as spatial filters for different sound and ultrasound applications.
The truncation of a sonic crystal leads to a finite periodic media in which evanescent waves do propagate. The presence of non-propagative waves is a condition to achieve focusing below the diffraction limit. Sonic crystals possess a promising prospect in applications like source identification, spatial localization of sources in the subwavelength regime.
Identification de sources non linéaires : Application à la Caractérisation Ultrasonore d'une Bulle Libre
T. Goursolle1*, D. Fouan1,2 et S. Mensah2
1Bf Systèmes – Technopôle de la Mer, 229 chemin de la Farlède, 83500 La Seyne sur Mer, France2 Laboratoire de Mécanique et d'Acoustique, CNRS-UPR 7051, 31 Chemin Joseph Aiguier, 13402 Marseille, France
* e-mail : [email protected]
La localisation et la caractérisation de micro-bulles dans des milieux homogènes présentent un réel enjeu, tant scientifique qu'industriel. Que ce soit pour l'application au contrôle de réacteurs nucléaires, à l'utilisation d'agents de contraste pour des applications médicales jusqu'à la prévention des accidents de plongée, la détection de ces micro-inhomogénéités est primordiale. La société BF Systèmes, spécialisée dans la sécurité humaine en environnements hyper- ou hypo-bares, en partenariat avec le Laboratoire de Mécanique et d'Acoustique, travaille à la compréhension du comportement particulier d'une bulle soumise à un champ acoustique.
L’étude des grandes oscillations radiales de la bulle soumise à un champ acoustique dont la fréquence est proche de la résonance offre différentes voies de caractérisation. L'analyse du décalage en fréquence observé sur les courbes de résonance d'une bulle et l’analyse de l'interaction bi-fréquence sont des voies d’étude.Le décalage de la fréquence de résonance, étudié d'un point de vue théorique au LMA[1], montre que si un balayage en fréquence est effectué, un phénomène de saut, propre à la taille de la bulle, peut être observé. Ce phénomène va permettre de mettre en évidence, en étudiant le signal temporel réfléchi par la bulle, différents points caractéristiques de la courbe de résonance non-linéaire.En ce qui concerne la méthode d'interaction bi-fréquence, l'étude expérimentale est réalisée sur une bulle isolée sur un fil. Celle-ci est insonorisée par deux ondes. La première, l'onde pompe, réalise un balayage basse fréquence (30 kHz < fp < 60 kHz). La deuxième, l'onde image, de plus haute fréquence (fi = 1 MHz), va sonder le milieu et être modulée en amplitude par les changements de section efficace de la bulle dus aux oscillations forcées. A l'aide d'une estimation de la modulation d’amplitude extraite, dans le plan temps-fréquence, sur le support du chirp rétrodiffusé, on peut estimer le rayon d'une bulle dont la fréquence de résonance est comprise entre 30 kHz et 60 kHz, soit un diamètre compris entre 50 µm et 100 µm [2].
En conclusion, des bulles de tailles microscopiques, assimilés à des sources acoustiques non linéaires (lorsqu'elles sont dans un champ acoustique), ont été détectées et caractérisées en environnement de laboratoire. Le transfert de ces méthodes à la caractérisation de bulles en milieux complexes (cœur, vaisseaux, sodium liquide, etc…) impose des contraintes additionnelles de temps (temps réel) et de puissance transmise et impose généralement le développement de technologies dédiées.
[1] M.-C. Pauzin et al., High order harmonic balance formulation of free and encapsulated microbubbles, Journal of Sound and Vibration, 330, pp : 987-1004, 2011.[2] T. Goursolle et al., Free single bubble ultrasonic detection : chirp frequency excitations applied to nonlinear mixing method, UHMS 44th Annual Scientific Meeting, Fort Worth, TX, 2011.
Systèmes d’émission acoustique : approche statistique du signal
Ludovic Pinier (Mistras Group) :
Ingénieur d'Applications Emission Acoustique et Ultrasons
Spécialiste matériaux composites
Service Instrumentation, Recherche et Développement
27 rue Magellan
94370 Sucy en Brie
Tél : + 33 (0)1 49 82 60 40
Fax : + 33 (0)1 49 82 60 42
www.mistrasgroup.eu
La technique d’émission acoustique consiste à capter les ondes élastiques transitoires résultant des micro-déplacements locaux, internes aux matériaux. Contrairement aux ultrasons, ces phénomènes transitoires ne sont pas le fruit d’un pulse émis, et donc les formes d’onde peuvent être très différentes les unes des autres. Ce sont leurs caractéristiques qui permettent d’associer ces formes d’ondes transitoires aux phénomènes physiques qui en sont à l’origine, qu’ils soient mécaniques (rupture, frottements, fuites, cavitation, …) ou physico-chimiques (corrosion, insertion…). L’analyse des signaux pour la technique d’émission acoustique consiste donc à discrétiser l’information pour séparer chaque micro-déplacement, puis à réaliser une analyse statistique sur l’ensemble des formes d’onde. Ce traitement est réalisé à partir de descripteurs, qui peuvent être temporels ou fréquentiels, extraits des formes d’onde numérisées (analyse multi-variables). Ce type d’analyse peut être réalisé a posteriori, mais l’apprentissage et la définition de classifieurs, notamment grâce à des réseaux de neurones, peut également permettre d’identifier les mécanismes sources en temps réel. Le travail présenté ici vise à montrer les potentialités de la plateforme de traitement statistique NOESIS développée pour l’émission acoustique. Cet outil peut également s’appliquer au traitement des formes d’ondes autres (notamment issues des ultrasons), ou toutes autres données à classer statistiquement.
Application des techniques de reconnaissance de forme à l’identification de
l’endommagement mécanique dans les matériaux : intérêts et limites.
N. Godin, S. Deschanel, M. R’Mili , P. Reynaud, G. Fantozzi
Université de Lyon, MATEIS, INSA-Lyon, 7 Avenue Jean Capelle, 69621 Villeurbanne, France
[email protected], [email protected], [email protected],
[email protected], [email protected]
L’endommagement des matériaux est un point clé pour la maîtrise de la durabilité et de la
fiabilité des pièces en service. Il est nécessaire non seulement de quantifier l’endommagement mais
aussi d’identifier les différents mécanismes qui en sont responsables et d’établir leur chronologie.
L’émission acoustique permettant de détecter et de suivre en temps réel l’endommagement au sein
d’un matériau composite ou d’une structure apparaît alors comme un outil complémentaire aux
investigations microstructurales et à la modélisation mécanique. L’objectif de ce travail est
d’identifier en temps réel le mode d’endommagement à partir des données d’EA et d’estimer sa
sévérité. Les objectifs de notre analyse sont multiples :
- Regrouper les signaux d’EA ayant des caractéristiques semblables par une méthode de
classification non supervisée basée sur une combinaison de classificateurs (ACP + Dendrogramme +
K-moyenne) afin d’identifier la signature acoustique des différents mécanismes d’endommagement.
- Développer la méthode de classification en créant une bibliothèque de signaux labellisés
permettant de passer à une classification supervisée (basée sur les k plus proches voisins) pouvant être
utilisée en temps réel.
Un des objectifs de ce travail est de valider cette approche basée sur les techniques de
reconnaissance de forme mais aussi d’en montrer les limites en travaillant dans un premier temps sur
des jeux de données d’EA qualifiées de « modèles ». L’algorithme développé au laboratoire [1-3] a été
optimisé par l’ajout d’un algorithme génétique.
Ces jeux de données vont nous permettre de nous intéresser en particulier à :
- la performance de l’algorithme optimisé par une stratégie génétique ;
- l’influence du choix des descripteurs des signaux d’EA sur les résultats de la segmentation. Ce point
est essentiel, quels sont les descripteurs pertinents ?
- l’influence du choix du critère de validation. Deux critères de validation de la segmentation sont
comparés, le critère de Davies et Bouldin et le critère des silhouettes. En effet, une question
fondamentale est la validité de la segmentation ou de la partition en classes des données. Les
similitudes observées entre les signaux d’une même classe correspondent-elles réellement à un même
phénomène physique ou inversement les différences enregistrées entre les classes correspondent-elles
à différents mécanismes d’endommagement ?
Avec les jeux de données modèles, nous pouvons aussi répondre aux questions suivantes :
- Quelle est l’influence d’un mécanisme source minoritaire, est-il possible de discriminer les signaux
associés à un mécanisme minoritaire par exemple quelques ruptures de fibres ?
- Quelle est l’influence de la présence de signaux qualifiés « d’extrêmes », par exemple des signaux
associés à du délaminage dans des CMO ?
La suite du travail est réalisé sur des composites à matrice céramique sollicités en fatigue statique
et/ou cyclique (T>700°C). Dans un premier temps, la méthode de classification non supervisée a
permis de séparer de façon reproductible les signaux d’EA enregistrés lors des essais en différentes
classes, à partir de leur signature acoustique. Les connaissances acquises à partir de l’étude du
comportement mécanique, des observations microscopiques ont alors permis d’établir une labellisation
des classes de signaux. Dans un second temps, le passage à une méthode de classification supervisée a
permis de classifier les signaux en temps réel à partir d’une bibliothèque applicable à différents essais
et d’identifier des mécanismes minoritaires difficilement identifiable en classification non supervisée.
Références
[1] Moevus M, Godin N, R'Mili M, Rouby D, Reynaud P, Fantozzi G, Farizy G. Analysis of damage mechanisms and
associated acoustic emission in two SiCf/[Si-B-C] composites exhibiting different tensile behaviours. Part II: Unsupervised
acoustic emission data clustering. Comp Sci Technol . 2007 Volume 68, Issue 6, May 2008, Pages 1258-1265
Etude et localisation de l’endommagement de matériaux à l’aide de deux techniques : émission acoustique et tomographie X
S. Deschanel, N. Godin, E.Maire, J.Courbon
Université de Lyon, MATEIS, INSA-Lyon, 7 Avenue Jean Capelle, 69621 Villeurbanne, France [email protected]
[email protected], [email protected], [email protected]
Les mécanismes d'endommagement dans les matériaux ont récemment reçu beaucoup d'attention dans la communauté des physiciens. Un moyen original d’étudier le processus d’endommagement des matériaux, de l’illustrer et de vérifier sa localisation, est de coupler deux techniques : l’émission acoustique (E.A) et la tomographie aux rayons X. En effet, ce couplage au cours d’une sollicitation mécanique permet d’établir des corrélations entre des événements d’E.A, la microstructure et les mécanismes sources. D’une part, l’E.A est une des techniques les plus adaptées pour détecter et suivre en temps réel l’endommagement. D’autre part, la tomographie par rayons X est une technique puissante permettant la caractérisation non destructive des matériaux grâce à une visualisation en trois dimensions. Des essais couplés (traction, tomographie, E.A) ont pu être effectués à l’ESRF sur des mousses solides en polymère vitreux [1] pour lesquelles les mécanismes sources attendus lors de la sollicitation sont principalement liés à la création et la propagation de fissures mais aussi sur des composites formés d’une matrice en alliage d’aluminium renforcée par des particules sphériques [2]. Pour ces derniers, le mécanisme d’endommagement diffère suivant la composition de la matrice et la taille des renforts : les sources d’E.A sont essentiellement liées à la rupture des particules ou la décohésion de l’interface. La visualisation de l’endommagement facilite l’interprétation de l’émission acoustique enregistrée au cours d’un essai mécanique. Des corrélations ont ainsi pu être établies entre différents paramètres tels que l’activité acoustique et le nombre de sites d’endommagement, la localisation des sources d’EA et la visualisation des microfissures, l’énergie de l’émission acoustique et l’aire de fissuration.
L’intérêt et la force du couplage E.A/ tomographie réside donc dans la corrélation entre les événements physiques présents dans le matériau et les différents événements d’E.A. Ceci permet, pour les matériaux hétérogènes, de vérifier que la rupture se traduit par une percolation de microfissures ; dans ce cas, une étude de la dynamique des précurseurs à la rupture peut être effectuée à partir de l’analyse de l’énergie libérée et des intervalles de temps entre deux signaux d’E.A. Références 1. Deschanel, S., L. Vanel, N. Godin, E. Maire, G. Vigier, and S. Ciliberto, Mechanical
response and fracture dynamics of polymeric foams. Journal of Physics D: Applied Physics, 2009(21): p. 214001.
2. Maire, E., V. Carmona, J. Courbon, and W. Ludwig, Fast X-ray tomography and acoustic emission study of damage in metals during continuous tensile tests. Acta Materialia, 2007. 55(20): p. 6806-6815.
Application expérimentale du “Compressive Sampling” à la localisation et l’identification de sources acoustiques
Antoine Peillot1, Gilles Chardon2, François Ollivier1, Laurent Daudet 2 1UPMC Univ Paris 06, UMR 7190, Institut Jean Le Rond d’Alembert, F-75005 Paris, France - [email protected]
2Institut Langevin, ESPCI ParisTech, CNRS UMR 7587, P6 P7, 10 rue Vauquelin, 75005 Paris, France.
Cette étude vise à localiser des sources acoustiques parmi les points d’un maillage prédéfini en utilisant le caractère parcimonieux du domaine de reconstruction. On fait l’hypothèse que le nombre de sources est très inférieur au nombre de points du maillage de reconstruction. Dans ce contexte, les techniques de « compressive sampling » assurent une localisation précise avec un nombre très limité de capteurs à condition que certaines contraintes théoriques sur la matrice de transfert soient vérifiées. En pratique, une répartition aléatoire des capteurs permet de vérifier ces contraintes. On exploite ensuite des algorithmes de reconstruction favorisant les solutions les plus parcimonieuses.
On s’intéresse plus particulièrement à la localisation de sources en champ proche où l’antenne de microphones est sensible à la directivité des sources. La décomposition du modèle de rayonnement acoustique en harmoniques sphériques permet la localisation précise de sources complexes. La directivité des sources localisées peut alors être identifiée. La mise en œuvre expérimentale utilise une antenne plane de 120 microphones de distribution quasi-aléatoire. Les performances en localisation du « compressive sampling » sont comparées à celles des méthodes classiques de formation de voies ainsi qu’à celles de la méthode MUSIC à haute-résolution adaptées pour des sources de directivités complexes. Le processus d’identification est quant à lui illustré par des simulations.
Tables rondes, posters, et discussions
Quelques sources de discussions proposées :
19h00 : Diner à la Brasserie St Jacques, Blois
Transversalité des missions du Groupe Instrumentation et Signal (GIS)
Traitement du Signal, Séparation de sources, Imagerie
Perspectives industrielles de la problématique de la localisation de source
Présentation des posters affichés
Sources acoustiques d'endommagement mécanique
Imagerie des Sources de nonlinéarité
MARDI 8 novembre 2011
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Statistical and Numerical Techniques of Classification of Acoustic Sources: Generalized Phi-Divergence Applications in
Acoustic Emission
Václav KŮSGroup of Applied Mathematics and Stochastics,
Department of Mathematics, FNSPE, Czech Technical University in Prague, Trojanova 13, 120 00 Prague 2
Contact e-mail: [email protected], [email protected]
We focus on the classification of acoustic emission signals by means of distribution mixtures (DM). The acoustic signals are separated by suitable parameters obtained directly from the signals and from the normed frequency spectra. The phi-divergence distance measures are employed as the additional signal spectrum attribute. We deal with a simple method of construction of phi-divergences and we introduce several modifications such as generalized LeCam, Hellinger, and Breigman divergences. We are concerned with the efficient set of classification parameters while testing the quality of classification. We combine both the main approaches described above, i.e. the generalized phi-divergences and the distribution mixture method. The advantage of the combined method is that it is able to assess the number of clusters of the signals and simultaneously it is robust in the sense that it ignores sparse outliers that would distort either the standard statistical estimates or classical non-statistical approach. Consequently, we verify this proposed acoustic signal classification method on both laboratory data sets and also for the experimental design of steel material. All processing laboratory measured acoustic signals were detected through the piezo-ceramic sensors attached to the thin metal plate and emitted signals were measured and stored by means of measuring device Xedo5 in 12-bit accuracy and 4 MHz sampling rate. We conclude that these above mentioned and newly applied families of divergences open new research possibilities in the area of statistical treatment of acoustic emission sources.Acknowledgements: This work was supported by the grant GACR P202/10/0618 and by the research program MSM 6840770039.
Reconstruction et séparation de sources sonores par approches probabilistes bayésiennes
Jérôme Antoni, Laboratoire Vibrations Acoustique, INSA de Lyon,
F-69621 VILLEURBANNE CEDEX, France
L’identification et la quantification des sources sonores qui génèrent un certain champ acoustique est un
objectif récurrent de nombreuses applications industrielles. Plusieurs techniques de reconstruction de sources
sonores sont aujourd’hui disponibles, telles que le beamforming (sources discrètes), l’holographie acoustique
en champ proche (NAH), la méthode des sources équivalentes, IBEM, etc. Chacune est adaptée à un jeu
d’hypothèses spécifique qui concerne la nature du rayonnement acoustique, la distance de la surface émettrice
à l’antenne, le domaine de fréquence. Même lorsqu’elles permettent d’atteindre une excellente résolution
spatiale, ces méthodes sont généralement incapables de décomposer le champ acoustique en ses différentes
sources élémentaires, lorsque celles-ci sont susceptibles de se chevaucher spatialement, temporellement et/ou
fréquentiellement.
Les techniques dites « référencées » permettent de palier ce problème dans une certaine mesure en extrayant
les contributions des sources sur lesquelles existent des références. Des références de bonne qualité sont
cependant rarement disponibles sur toutes les sources d’intérêt.
L’objectif de cet exposé est de présenter une méthodologie de séparation de sources sonores sans références,
basée sur les seules hypothèses d’indépendance statistique et de concentration spatiale des sources. L’idée
centrale procède en une décomposition des mesures microphoniques en champs statistiquement
indépendants (c’est-à-dire entre lesquels n’existe aucune dépendance fonctionnelle) qui peuvent être associés
à des phénomènes sources d’origines physiques distinctes.
Cette problématique est très similaire à la « séparation aveugle de sources » ou « analyse en composantes
indépendantes », qui a été largement explorée en traitement du signal au cours des deux dernières décennies.
La différence essentielle avec l’état de l’art dans ce domaine réside cependant dans le fait que la séparation de
sources acoustiques doit se réaliser dans la dimension spatiale, qui est inexistante par exemple en télécom.
Nous proposons de résoudre le problème en le ramenant à une séparation de sources statistiques dans
l’espace des coefficients associés à une base de représentation spatiale optimale, qui englobe et généralise les
techniques de reconstruction classiques. Plusieurs approches de séparation peuvent alors être envisagées à ce
stade. La première se fonde sur une formulation bayésienne du problème, qui consiste à voir les sources
d’intérêt comme des variables aléatoires dont on peut simuler les tirages par chaînes de Markov Monte Carlo
(MCMC). La seconde repose sur un principe de moindre complexité spatiale qui favorise l’extraction de sources
compactes. Les performances de ces algorithmes sont démontrées sur des expériences de laboratoire (voir
résumé graphique ci-dessous).
2
4
6
8
10
12
x 10-3
1
2
3
4
5
6x 10
-4
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5x 10
-3
2
4
6
8
10
12x 10
-3
S1
S2
S3
0,7 m
champ source reconstruit
sources séparées
mesures
Localisation et suivi de sources sonores compétitives par traitement d’antennePatrick Marmaroli, Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), Suisse
email : [email protected]
L a l o ca l i sa t i o n e t l e su i v i de so u r c es son o res pa r es t i m a t i o n des te m ps d ’a r r i v ée su r u n réseau de
m i c r o p h o nes es t u n v as te t hè me de re c he r c he en ac o us t i q ue de pa r t l a m u l t i t u de de d o m a i nes
c o n ce r nés pa r ces p r o b l é m a t i q u es (acous t i q ue des sa l l es, m é t r o l o g i e, su r v e i l l a n ce, w e b
c o n f é re n ce, dé f e nse, d o m o t i q u e, r o b o t i q ue, c o n t r ô l e q ua l i t é e t c). N o u s n o us i n té resse r o ns i c i au
cas m u l t i-so u r c es l a r ge ba n de (impa c t, pa r o l e, b r u i t d e r o u l e m e n t …) l o ca l i sés pa r des réseau x
c o m p osé d ’ u n f a i b l e n o m b r e de cap te u rs. D i f f é r e n tes m a n i è res d ’ u t i l i se r l a f o n c t i o n d ’ i n te r-
c o r ré l a t i o n en t re pa i re de ca p te u rs se r o n t p résen tées et ag ré me n tées d ’e x e m p l es c o n c re ts
d ’a p p l i c a t i o ns. Q u e l q u es p r o b l è mes so us j a ce n ts se r o n t é v o q ués c o m m e la dé te c t i o n a va n t su i v i,
l ’ es t i m a t i o n d u n o m b r e de sou r ces, l ’ o p t i m i sa t i o n des réseau x et c. E n f i n n o us n o us at ta r de r o ns
p l us en dé ta i l su r l e c o n t r ô l e de t ra f i c r o u t i e r (road t ra f i c m o n i t o r i n g) q u i p résen te u ne
p r o b l é ma t i q ue ac o us t i q ue i n té ressan te (sou r ces m o b i l es l a r ge ba n de, n o m b re i n c o n n u, p oss i b i l i t é
de c r o i se me n t, …).
Figure : réseau de microphone tétraédrique pour la localisation de drones par la méthode SRP-PHAT
Caractérisation de l’endommagement des Composites à Matrice Céramique
par Emission Acoustique : localisation et évaluation de l’énergie des sources
E. Maillet, N. Godin, M. R’Mili, P. Reynaud, J. Lamon, G. FantozziINSA-Lyon, MATEIS CNRS UMR5510, F-69621 Villeurbanne
e-mail : [email protected]
L’utilisation de Composites à Matrice Céramique (CMC) est envisagée pour les nouvelles générations de moteurs d’avions civils. Les durées de vie attendues en conditions de service sont de plusieurs dizaines de milliers d’heures, ce qui les rend difficilement mesurables par des essais de laboratoire. L’approche développée s’appuie sur l’émission acoustique (EA) comme outil pour la caractérisation de l’endommagement des CMC. Des essais de fatigue statique en température (T>400°C) instrumentés en émission acoustique ont été réalisés. Les sources d’endommagement sont localisées grâce à l’utilisation de deux capteurs d’EA situés aux extrémités de l’échantillon testé, permettant d’obtenir une information spatiale et temporelle sur l’endommagement. La Figure 1 ci-dessous représente la localisation des sources d’EA lors du chargement initial pour deux essais de fatigue. A gauche, l’endommagement apparaît relativement homogène avec quelques zones de plus forte activité. A droite, en revanche, il est beaucoup plus concentré autour de +5 mm et -15 mm (0 représente le centre de la maille de localisation, les capteurs étant situés à ±95 mm).
Figure 1 : Localisation des sources d’EA lors du chargement initial pour deux essais de fatigue statique à 500°C. (Sur l’axe Position, 0 est le centre de la maille de localisation, les capteurs étant
situés à ±95 mm)
L’énergie associée aux sources d’EA est ensuite utilisée comme une mesure de cet endommagement. En effet, il est communément admis que l’énergie d’un signal d’EA est proportionnelle à l’énergie associée au dommage l’ayant créé. Afin de caractériser au mieux l’énergie de chaque source, les effets d’atténuation liés à la distance de propagation sont éliminés en tenant compte, pour chaque source, de l’énergie reçue par les deux capteurs. Une procédure préalable de calibration in-situ permet d’éliminer les différences de couplage entre capteur et surface et de réponse des capteurs. L’énergie équivalente est ensuite utilisée pour la prévision de la durée de vie des CMC en fatigue.
Identification par probleme inverse vibratoire de pressions parietales engendrees
par un ecoulement turbulent a la surface d’une structure vibrante.
Damien Lecoq1, Charles Pezerat1, Jean-Hugh Thomas1, Wenping Bi1
1Laboratoire d’Acoustique de l’Universite du Maine
Avenue Olivier Messiaen 72085 Le Mans Cedex 9, France
L’ecoulement turbulent, lie a la presence d’obstacles ou de couches limites visqueuses a proximite
de la structure, engendre de fortes vibrations de celle-ci et peut-etre une source importante de
bruit. Ce type d’excitation possede une composante aerodynamique tres elevee situee dans les hauts
nombres d’onde et une partie acoustique beaucoup plus faible dans les bas nombres d’onde. Cette
derniere a une forte influence sur la transparence acoustique de la paroi car les vibrations de la
structure sont beaucoup plus sensibles aux excitations dans les bas nombres d’onde. Cependant, la
partie aerodynamique etant tres elevee, l’utilisation de capteurs affleurants ne permet pas d’acceder
a la composante acoustique.
L’etude a pour vocation d’utiliser et d’adapter la methode RIFF (Resolution Inverse Filtree
Fenetree) pour mesurer ces excitations. Cette technique permet d’identifier localement des efforts
appliques sur une structure a partir de mesures vibratoires. Pour cela, le probleme inverse est resolu
en estimant les derivees spatiales de l’equation du mouvement par differences finies.
L’identification de ces efforts par RIFF est testee par la simulation. L’excitation est issue d’une
methode originale de syntheses de signaux temporels respectant un gabarit d’interspectre Corcos et
champ diffus acoustique. Ensuite, le probleme direct vibratoire est resolu dans le domaine temporel
ce qui permet d’obtenir le champ vibratoire d’une plaque constituant les donnees d’entree de la
methode RIFF.
Les resultats montrent alors que l’application de la methode RIFF munie de son filtrage en
nombre d’onde permet d’isoler la partie acoustique pourtant tres difficile a identifier.
Identification de structures vibrantes par éléments finis via uneméthode de "subspace fitting".
G. Gautier, R. Serra et J.-M. MencikENI Val de Loire, Université François Rabelais de Tours, Laboratoire LMR,
Rue de la Chocolaterie, BP 3410, F-41034 Blois Cedex, [email protected]
La détection précoce des dysfonctionnement des structures vibrantes, en temps réel, est un enjeu industrielmajeur [1]. L’une des méthodes de diagnostic vibratoire consiste en la comparaison des matrices (masses, raideurs,...) issues d’un modèle éléments finis de la structure, avec celles issues de la mesure expérimentale, lorsque lastructure est en fonctionnement.La méthode proposée [2] est issue des méthodes sous-espaces dont l’objectif est de suivre l’évolution temporelledes valeurs singulières de matrices de type Hankel. Ces matrices sont relatives aux caractéristiques de la structureuniquement et non à celles des sources d’excitation.Cette méthode possède de meilleures propriétés numériques par rapport aux principales méthodes d’identificationpar sous espaces [3].Nous appliquons cette méthode sur une poutre encastrée-libre. La comparaison avec les principales techniquesd’identification par sous-espaces montre les performances de la méthode proposée. Les résultats obtenus ouvrentdes perspectives intéressantes pour la surveillance vibratoire des systèmes mécaniques industriels.
Références[1] A.Boulenger, "Aide-mémoire - Maintenance conditionnelle." coll. Aide-mémoire de l’ingénieur, Dunod,
L’Usine Nouvelle, 2008, 146p.
[2] A. Lee Swindlehurst, B.Ottersten, R.Roy, T.Kailath "Subspace Fitting with Diversely Polarized AntennaArrays." Antennas and Propagation, IEEE Transactions, Dec 1993, pp 1687-1694.
[3] P.Van.Overshee, B.De.Moor "Subspace identification of linear systems : Theory, Implementation, Applica-tions." Kluwer Academic Publishers,1996.
[4] A. Lee Swindlehurst, M.Viberg "A Subspace Fitting Method for Identification of linear State Space Models."IEEE transactions on automatic control, 1995, vol. 40, no2, pp. 311-316.
1
Conclusion et clôture des journées CILSA
Quelques sources de perspectives envisagées :
Prochaines Journées CILSA
Session spéciale ACOUSTICS 2012 : « Optimization for Sonic and Ultrasonic Imaging/Sources »
Projets de Collaborations (ANR, OSEO, etc.)
Approches statistiques et probabilistes
Contrôle qualité dans un environnement multi-sources
Le GIS et les groupes de la SFA (GAPSUS, GVB, GTEA)
Annexes
RemerciementsAppel à communications des journées CILSA
Annonces des prochaines journées de la SFA : • Journée organisée par le GIS
◦ Journées SIAM (Signal et Instrumentation en Acoustique Médicale) • Journée organisée par le GAPSUS
◦ AFPAC 2012 • Journée organisée par le GVB
◦ JJCAB (Journées Jeunes Chercheurs en VibroAcoustique et Bruit) • Journée organisée par le GTEA
◦ Journées Acoustique et Microsystèmes
Annonces des prochains congrès et conférences
• ACOUSTICS 2012 , Nantes, 2012
• ENCDT 2014 , Prague, 2014
Remerciements
Organisation
Société Française d'Acoustique : http://sfa.asso.fr/ École Nationale d'Ingénieurs du Val de Loire : http://www.enivl.fr/
Annonceurs des journées CILSA :
ARITT http://www.arittcentre.fr/evenements/classification-identification-et.html Groupe GSII, ESEO http://gsii.fr/archives/1944 INSERM-CNRS http://ultrasons-inserm.med.univ-tours.fr/?page=actualites#8 La Nouvelle République Édition du 5-11-2011, Blois
Pauses cafés
Fédération des Étudiants de l'ENIVL http://www.enivlien.fr/asso-fee.php
Diner convivial
Brasserie St Jacques, Blois site web
Accès WIFI
Université François Rabelais de Tours http://www.univ-tours.fr/
Serge Dos Santos,Mickael LematreENI Val de Loire,
Organisateurs locaux des journées CILSA
Classification, Identification et Localisation de Sources Acoustiques : État de l'Art et Perspectives Industrielles
lundi 7 et mardi 8 novembre 2011, ENI Val de Loire – Blois - France Appel à communication
Le Groupe Instrumentation et Signal (GIS) de la SFA organise les 7 et 8 novembre 2011, à l'École Nationale d'Ingénieurs du Val de Loire, une journée scientifique intitulée « Classification, Identification et Localisation de Sources Acoustiques (CILSA): état de l'art et perspectives industrielles ». L'objectif de ces journées est de réunir des acousticiens des ultrasons, de la vibroacoustique et de la transduction electro-acoustique afin de partager les progrès réalisés autour des méthodes de traitement du signal permettant une extraction multiparamètres de sources acoustiques. Certaines notions comme l'identification, la localisation temporelle et spatiale, la classification, la séparation de sources, l'extraction de sources dans le bruit, la séparation morphologique de sources linéaires et non linéaires pourront constituer le cœur des discussions. Un chapitre sera également dédié aux techniques d'instrumentation développées pour des applications en Contrôle Non Destructif (CND) et en Imagerie Médicale Multimodale. Cette journée d’échanges a pour but de favoriser la communication entre les acousticiens, les physiciens ainsi que les spécialistes du traitement du signal et de l'image et de les réunir autour d’industriels concernés par les problématiques de localisations de sources acoustiques en temps réel d'une part, et de professionnels de l'imagerie médicale d'autre part. Cette journée sera l’occasion d’établir un état de l’art de ce domaine et d’identifier les verrous technologiques et les problèmes industriels du moment. De par son caractère transversal motivé par le GIS, ces journées permettront un échange entre les acteurs des domaines industriels suivants : biomédical, industries des process et du CND, matériaux et vibrations, vibroacoustique, bruit et environnement sonore.
Six exposés invités sont d'ors et déjà programmés : Vaclav Kus (Prague Technical University) : Statistical and Numerical Techniques of Classification of Acoustic Sources : Acoustic Emission example Rubén Picó Vila (UPV Gandia) : Le système transducteur/cristal sonique comme une source acoustique ?Patrick Marmaroli (EPFL Lausanne) : Suivi et classification de sources sonores compétitives par traitement d’antenne : exemples d’applications
Ludovic Pinier (Mistras Group) : Systèmes d'émission acoustique : approche statistique du signal Thomas Goursolle (BF Systèmes): Identification de sources non linéaires : application à la caractérisation ultrasonore d'une bulle libreJérôme Antoni (INSA Lyon) : Reconstruction et séparation de sources sonores par approches probabilistes bayésiennes
Cette journée est ouverte aux chercheurs, aux ingénieurs, aux doctorants et aux industriels. La SFA a mis en place une convention avec une société de formation agréée afin de faire bénéficier les professionnels participants aux journées scientifiques organisées par la SFA de la prise en charge de l’inscription dans le cadre de la Formation Continue (Droit Individuel à la Formation, etc.). Au delà de ces exposés, cette manifestation sera l’occasion pour chacun des participants de soumettre, sous la forme d’un poster, sa dernière contribution, achevée ou en cours, avec une attention particulière donnée aux travaux des doctorants.
Soumission Un résumé d’une page maximum incluant le nom et les coordonnées précises des auteurs est à adresser avant le 10 octobre 2011, de préférence par voie électronique (PDF) à : Serge Dos Santos, ENIVL, Rue de la Chocolaterie, BP3410, 41034 BLOIS CEDEX, [email protected] Les procédures d’inscription et diverses informations sont disponibles sur le site de la SFA :https://intranet.sfa.asso.fr/archives/J68-CILSA/Organisation :
Serge Dos Santos, Alain Le Duff, Guillaume Haïat et Jean-Marc Girault (GIS)Philippe Lasaygues (GAPSUS), Hervé Lissek (GTEA), Charles Pezerat (GVB)
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GIS
Journées Signaux et Images en Acoustique Médical (SIAM)
1er et 2 décembre 2011
Université Paris-Est Créteil Amphi 102
Site du mail des Mèches Place de la portes des champs
Route de Choisy 94010 Créteil
Accès Métro Créteil Université, ligne 8.
Appel à communication Le Groupe Instrumentation et Signal de la Société Française d'Acoustique organise les journées SIAM (Signal et Image en Acoustique Médicale) les 1er et 2 décembre 2011. Leur objectif est d'encourager les échanges sur les méthodes mises en œuvre dans le domaine de l'acoustique médicale entre les mondes industriel et académique. Il s’agit également de favoriser la communication entre les acousticiens, les physiciens, les mécaniciens, les électroniciens ainsi que les spécialistes du traitement du signal Un accent particulier sera mis sur les problèmes de l'analyse et de la représentation des signaux ainsi que sur la mise en œuvre de méthodes innovantes utilisant des moyens d'instrumentation spécifiques. Cette journée sera l’occasion d’établir un état de l’art de ce domaine et d’identifier les verrous technologiques et les problèmes industriels du moment. Cette journée est ouverte aux chercheurs, aux ingénieurs, aux doctorants et aux industriels. Cette manifestation sera l’occasion pour chacun des participants de soumettre, sous la forme d’un poster, sa dernière contribution, achevée ou en cours, avec une attention particulière donnée aux travaux des doctorants. Soumission Un résumé d’une page maximum incluant le nom et les coordonnées précises des auteurs est à adresser avant le 20 novembre 2011, de préférence par voie électronique (PDF) à :
Guillaume Haiat, Laboratoire MSME, Faculté des Sciences et Technologies, UPEC, 61, avenue du général de Gaulle, 94010 Créteil
Tél. 33(0)1-45-17-14-41, Fax. 33(0)1-45-17-14-33, [email protected]
Les procédures d’inscription et diverses informations sont disponibles sur le site de la SFA : https://intranet.sfa.asso.fr/archives/J67-SIAM/ Contacts et Information : Guillaume Haïat [email protected]
Programme des Journées Jeunes Chercheurs en vibro-Acoustique et contrôle du Bruit
(JJCAB)
I- Organisation des sessions
Chaque participant-présentateur sera réparti par le comité d’organisation dans une des 4
sessions proposées sur les 2 jours suivant sa thématique de recherche. La présentation dans une
session comprend une courte présentation orale avec support transparent, suivie d’une session
poster. L’organisation de chaque session est la suivante :
- Présentation de la session par le Chairman,
- Présentation de 3 minutes par participant pour l’ensemble des présentateurs de la session,
- Session poster,
→ Chaque session dure 2h00.
II- Organisation des journées
Journée du 09 novembre 2011:
- A partir de 10h30 : accueil des participants de la première demi-journée
- A partir de 13h00 : accueil de l’ensemble des participants
- 13h30-14h00 : Ouverture des JJCAB
- 14h00-16h00 : Session 1
- 16h00-16h15 : Pause-café
- 16h15-18h15 : Session 2
- 18h15-19h00 : Visite du laboratoire DRIVE de l’ISAT en 2 groupes
- 18h15-19h00 : En parallèle démontage des posters sessions 1-2, préparation des sessions 3-4
- 19h30-22h30 : Réception, apéritif et repas au Palais Ducal de Nevers
- A partir de 22h00 : Nevers by Night
Journée du 10 novembre 2011 :
- A partir de 8h00 : Accueil des participants + finalisation d’installation pour les retardataires.
- 8h30-10h30 : Session 3
- 10h30-10h50 : Pause-café
- 11h30-12h50 : Session 4
- 12h50-13h30 : Synthèse et démontage des posters sessions 3-4