La présente invention concerne un dispositif de détection d'ondes acoustiques et un système de localisation d'une source d'ondes acoustiques.

L'invention peut s'appliquer par exemple à la détection de chutes ou de situations anormales affectant des personnes âgées ou vulnérables vivant seules dans leur logement.

La demande de brevet français publiée sous le numéro FR 2 879 885 décrit le principe de localiser un impact sur une plaque, en utilisant le fait que cet impact génère une onde acoustique sismique dans la plaque. La localisation est réalisée au moyen d'un procédé de calcul de temps de transit différentiel entre le lieu d'impact et plusieurs paires de dispositifs de détection de l'onde acoustique comportant chacun un transducteur piézoélectrique. Dans ce document, les deux dispositifs de chaque paire sont fixés de part et d'autre d'un bord biseauté de la plaque. Cette configuration - les dispositifs fixés de part et d'autre de la plaque et le bord biseauté - permet d'obtenir une bonne sensibilité au mode antisymétrique de propagation de l'onde sismique par une atténuation du mode symétrique. Le fait de détecter un mode de propagation et pas l'autre permet de résoudre le problème de la différence de vitesse de propagation entre les deux modes.

Cependant, l'enseignement de ce document n'est applicable que dans le cas où la plaque est de faible épaisseur, possède des bords biseautés et présente ses deux faces accessibles.

Par ailleurs, le document FR 2 879 885 décrit que la plaque peut également éventuellement jouer le rôle d'une antenne acoustique et transmettre ainsi des ondes de compression de la voix aux dispositifs de détection d'ondes acoustiques, qui servent ainsi de microphone. Cependant, la plaque ne peut jouer le rôle d'antenne acoustique que dans le cas où elle est de faible épaisseur.

Il peut ainsi être souhaité de prévoir un dispositif de détection d'ondes acoustiques qui permette de s'affranchir d'au moins une partie des problèmes et contraintes précités.

A cet effet, un objet de l'invention est un dispositif de détection d'ondes acoustiques comportant un transducteur piézoélectrique conçu pour fournir un signal de détection, et en outre un résonateur acoustique présentant une fréquence de résonance et comportant : - un corps résonant présentant une surface libre conçue pour être plaquée sur un support dans lequel une onde acoustique sismique, qui présente un spectre de fréquences incluant la fréquence de résonance du résonateur, est destinée à se propager, de sorte que l'onde acoustique sismique met en résonance le résonateur acoustique via cette surface libre, et

- une membrane microphonique conçue pour vibrer sous l'action d'une onde acoustique aérienne qui présente un spectre de fréquences incluant la fréquence de résonance du résonateur, de sorte que l'onde acoustique aérienne met en résonance le résonateur acoustique via la membrane microphonique,

le transducteur piézoélectrique étant fixé sur le résonateur acoustique de sorte qu'il produit, d'une part, une première composante de signal de détection lorsque le résonateur acoustique est mis en résonance sous l'action de l'onde acoustique sismique et, d'autre part, une seconde composante de signal de détection lorsque le résonateur acoustique est mis en résonance sous l'action de l'onde acoustique aérienne.

Ainsi, le résonateur acoustique transmet à la fois des ondes acoustiques sismiques et aériennes au transducteur piézoélectrique. En particulier, les ondes aériennes sont détectées sans compter sur l'éventuel rôle d'antenne acoustique du support. Le dispositif de l'invention peut donc être utilisé en tant que capteur bi-milieu (milieu aérien et milieu solide) quelle que soit l'épaisseur ou la superficie du support.

En outre le dispositif de détection obtenu ne nécessite pas d'avoir accès à deux faces du support et n'impose pas de prévoir des bords biseautés.

De façon optionnelle, le résonateur acoustique comporte un disque résonateur comprenant :

- une partie périphérique annulaire d'épaisseur constante, le transducteur piézoélectrique étant fixé au moins en partie sur la partie périphérique annulaire, et

- une partie centrale circulaire comportant la membrane microphonique. De façon optionnelle également, le transducteur piézoélectrique comprend un élément piézoélectrique annulaire fixé au moins sur la partie périphérique du disque résonateur.

De façon optionnelle également, la partie centrale circulaire du disque résonateur présente une épaisseur diminuant depuis sa périphérie jusqu'à son centre. De façon optionnelle également, le dispositif comporte une cavité aménagée dans le résonateur acoustique et délimitée partiellement par la membrane microphonique.

De façon optionnelle également, la partie centrale circulaire du disque résonateur présente une épaisseur constante, inférieure à l'épaisseur de la partie périphérique annulaire, de sorte que la cavité est de forme cylindrique.

De façon optionnelle également :

- l'élément piézoélectrique présente une symétrie axiale par rapport à un axe central, ainsi qu'une fréquence de résonance fondamentale en mode radial par rapport à l'axe central, et

- le résonateur acoustique présente une symétrie axiale par rapport à l'axe central, ainsi qu'une fréquence de résonance fondamentale en mode radial par rapport à l'axe central inférieure à la fréquence de résonance fondamentale de l'élément piézoélectrique.

De façon optionnelle également, la fréquence de résonance fondamentale du résonateur acoustique est comprise entre 1 et 10 kilohertz.

De façon optionnelle également, le résonateur acoustique est constitué d'une seule pièce.

Un autre objet de l'invention est un système de localisation d'une source d'ondes acoustiques, comportant :

- un support dans lequel une onde acoustique sismique est destinée à se propager,

- au moins deux dispositifs de détection d'ondes acoustiques selon l'invention, dont les surfaces libres sont plaquées sur le support, et - une unité de traitement des signaux de détection fournis par les dispositifs de détection d'ondes acoustiques, l'unité de traitement étant conçue pour localiser une source d'émission d'ondes acoustiques par calcul de temps de transit différentiel, à partir des signaux de détection fournis.

Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront dans la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, de modes de réalisation préférés de l'invention. La description fait référence aux dessins annexés dans lesquels :

- la figure 1 est une vue de dessus en trois dimensions d'un dispositif de détection d'ondes acoustiques selon un premier mode de réalisation de l'invention, - la figure 2 est une vue de dessous en trois dimensions du dispositif de la figure 1 ,

- la figure 3 est une vue en coupe du dispositif de la figure 1 ,

- la figure 4 est une vue en coupe d'un dispositif de détection d'ondes acoustiques selon un second mode de réalisation de l'invention,

- la figure 5 est une vue en coupe d'un support dans lequel se propage une onde acoustique sismique, et sur lequel est fixé un dispositif de détection d'ondes acoustiques selon un mode de réalisation de l'invention,

- les figures 6 et 7 représentent le déplacement du dispositif de détection d'ondes acoustiques de la figure 5 sous l'effet de l'onde acoustique sismique, et

- la figure 8 est une vue schématique d'un système de localisation d'une source d'ondes acoustiques comportant plusieurs dispositifs de détection d'ondes acoustiques selon les figures 1 à 3 ou la figure 4.

Un dispositif 10 de détection d'ondes acoustiques sismiques et aériennes

(aussi appelées microphoniques), selon un premier mode de réalisation de l'invention, est représenté sur les figures 1 à 3.

En référence à la figure 1 , le dispositif 10 comporte tout d'abord un résonateur acoustique 12 destiné à être mis en résonance par une onde acoustique sismique ou aérienne, comme cela sera expliqué par la suite. Le résonateur acoustique 12 est constitué d'une seule pièce afin de propager efficacement les ondes acoustiques, et présente une symétrie axiale par rapport à un axe central A. L'axe central A est orienté du bas vers le haut dans la présente description, par souci de clarté. Cependant, il pourrait avoir n'importe quelle orientation. Le résonateur acoustique 12 est de préférence en métal, par exemple en aluminium ou en Duralumin (marque déposée). Dans le mode de réalisation illustré, le résonateur acoustique 12 comporte un disque résonateur 14 centré sur l'axe central A et présentant une face supérieure 16 plane.

Le dispositif 10 comporte en outre un transducteur piézoélectrique 18 fixé sur la face supérieure 16 du résonateur acoustique 12. Le transducteur piézoélectrique 18 comporte un élément piézoélectrique annulaire 20, possédant lui aussi une symétrie axiale par rapport à l'axe central A. Dans l'exemple illustré sur la figure 1 , l'élément piézoélectrique annulaire 20 est en forme de rondelle plate présentant un diamètre externe égal à celui du disque résonateur 14. L'élément piézoélectrique 20 est par exemple en céramique PZT. Le transducteur piézoélectrique 18 comporte en outre une électrode supérieure 22 constituée d'une couche électriquement conductrice par exemple une pâte d'argent soudable recouvrant une face supérieure de l'élément piézoélectrique 20, ainsi qu'une électrode inférieure 24 (visible sur la figure 3) constituée également d'une couche électriquement conductrice recouvrant une face inférieure de l'élément piézoélectrique 20. L'électrode inférieure 24 comprend un retour 26, sur la face supérieure de l'élément piézoélectrique 20, facilitant sa connexion.

Le transducteur piézoélectrique 18 présente une fréquence de résonance fondamentale en mode de vibration radiale à symétrie axiale qui est très élevée, largement supérieure à la fréquence de résonance fondamentale en mode de vibration radiale à symétrie axiale du résonateur 12.

La résonance fondamentale du résonateur 12 est choisie (en adaptant sa géométrie) en fonction du support sur lequel il est destiné à être fixé. Pour les supports d'épaisseur élevée, tel que le plancher d'une habitation, qui propagent des ondes à basses fréquences, la fréquence de résonance fondamentale du résonateur 12 est de préférence comprise entre 1 kilohertz et 10 kilohertz. Pour des applications de localisation sur des plaques minces, qui propagent des ondes à plus hautes fréquences, le résonateur 12 sera de préférence conçu pour présenter une fréquence de résonance fondamentale comprise entre 50 kilohertz et 100 kilohertz. Pour des applications de localisation sur des plaques minces qui ont de plus une taille réduite, par exemple inférieure à 10 mètres carrés, en particulier autour de 1 mètre carré, il est avantageux de détecter un impact par l'onde acoustique aérienne qu'il génère, en particulier car cette dernière se propage à une seule vitesse de propagation, par exemple 343 mètres par seconde à 20°C. Ainsi, cela permet de résoudre le problème des différences de vitesses de propagation entre les modes de propagation symétrique et antisymétrique dans une plaque mince. Dans ce cas, la fréquence de résonance fondamentale du résonateur est de nouveau choisie entre 1 kilohertz et 10 kilohertz.

Le résonateur 12 étant nettement plus volumineux que le transducteur piézoélectrique 18, il joue le rôle d'un filtre laissant surtout passer les fréquences situées autour de ses fréquences de résonance, et en particulier autour de sa fréquence de résonance fondamentale. Ainsi, le transducteur piézoélectrique n'est soumis qu'aux fréquences voisines de la fréquence de résonance du résonateur 12. Ceci a pour effet de protéger le transducteur piézoélectrique des fréquences élevées et d'obtenir un signal de détection autour de cette fréquence de résonance, ce qui facilite son traitement.

Le dispositif de détection 10 comporte en outre une carte de circuit imprimé, dite carte PCB 28 (de l'Anglais « Printed Circuit Board »), de forme circulaire, fixée au transducteur piézoélectrique 18, sur son électrode supérieure 22 et sur le retour 26 de son électrode inférieure 24. La carte de circuit imprimé 28 est représentée partiellement arrachée sur la figure 1 .

Le dispositif 10 comporte en outre une couche conductrice supérieure 30 recouvrant une face supérieure de la carte de circuit imprimé 28 dont l'intérêt sera détaillé ultérieurement.

Le dispositif 10 comporte en outre un câble coaxial 32 dont l'âme est connectée à l'électrode supérieure 22 et le blindage au retour 26 de l'électrode inférieure du transducteur piézoélectrique 18, via la carte de circuit imprimé 28.

En référence à la figure 2, le disque résonateur 14 comporte une partie périphérique annulaire 34 présentant une épaisseur constante et une surface annulaire inférieure 35 plane. La surface annulaire inférieure 35 de la partie périphérique annulaire 34 est une surface libre, c'est-à-dire dégagée, conçue pour être plaquée, comme cela sera détaillé plus loin, sur un support dans lequel une onde acoustique sismique est destinée à se propager, de sorte que l'onde acoustique sismique met en résonance le résonateur acoustique 12 via cette surface libre 35.

Le disque résonateur 14 comporte en outre une partie centrale circulaire 36 remplissant l'espace circulaire intérieur délimité par la partie périphérique annulaire 34. La partie centrale 36 présente une épaisseur diminuant, depuis la partie périphérique annulaire 34 où cette épaisseur est égale à celle de la partie périphérique annulaire, vers l'axe central A où cette épaisseur est minimale. La diminution d'épaisseur est par exemple linéaire. Ainsi, une cavité conique 38 ouverte vers le bas est aménagée dans le résonateur acoustique 12, cette cavité 38 étant délimitée par la partie centrale 36 du disque résonateur 14 et bordée par la surface annulaire inférieure 35.

En référence à la figure 3, le résonateur acoustique 12 comporte une membrane microphonique 40 présentant une épaisseur inférieure par exemple à 1 millimètre. Dans l'exemple illustré, la partie centrale circulaire 36 du disque résonateur 14 comporte la membrane microphonique 40, cette dernière s'étendant au centre de la partie centrale circulaire 36, là où l'épaisseur est inférieure à 1 millimètre. La membrane microphonique 40 est conçue pour vibrer sous l'action d'une onde acoustique aérienne, de sorte que l'onde acoustique aérienne met en résonance le résonateur acoustique 12 via la membrane microphonique 40.

Le résonateur acoustique 12 comporte en outre un corps résonant 42 d'épaisseur plus élevée que l'épaisseur de la membrane microphonique 40. Dans l'exemple illustré, le corps résonant 42 est formé par la partie périphérique annulaire et par la portion de la partie centrale circulaire 36 s'étendant autour de la membrane 40 sur une épaisseur supérieure à 1 millimètre. Sur la figure 3, le corps résonant 42 et la membrane microphonique 40 sont séparés par des pointillés.

Comme cela est visible sur la figure 3, la cavité 38 est délimitée en partie par la membrane microphonique 40.

Par ailleurs, le transducteur piézoélectrique 18 est fixé sur le corps du disque résonateur 14, à la fois sur la partie périphérique annulaire 34 et sur la partie centrale circulaire 36. Le transducteur piézoélectrique 18 est fixé par collage liquide, de préférence avec de la colle cyanoacrylate, par exemple de type Loctite 407 (marque déposée), ce qui permet au résonateur 12 d'appliquer, lorsqu'il résonne, une contrainte mécanique au transducteur piézoélectrique 18, ce dernier fournissant en conséquence un signal de détection sous la forme d'une différence de potentiel entre son électrode inférieure 24 et son électrode supérieure 22.

De préférence, l'électrode inférieure 24 du transducteur piézoélectrique 18 et la couche conductrice supérieure 30 du circuit imprimé 28 sont toutes les deux reliées ensemble, et reliées à la masse électrique, par exemple en étant toute les deux reliées à la gaine du câble 32. L'électrode inférieure 24 et la couche conductrice supérieure 30 forment alors une cage de Faraday recouvrant l'élément piézoélectrique 20 par le haut et par le bas et le protégeant ainsi des perturbations électriques extérieures, ce qui améliore les mesures.

De préférence, les dimensions du dispositif 10 sont les suivantes. Le diamètre du disque résonateur 14 est compris entre 20 millimètres et 100 millimètres, par exemple 50 millimètres. L'épaisseur de la partie périphérique annulaire 34 est comprise entre 1 et 5 millimètres, par exemple 2 millimètres, tandis que l'épaisseur au centre de la partie centrale circulaire 36 est comprise entre 0.1 et 1 millimètres, par exemple 0.5 millimètres. Le diamètre externe de l'élément piézoélectrique 20 est égal à celui du disque résonateur 14, et son diamètre interne est compris entre 10 et 40 millimètres, par exemple 20 millimètres. L'épaisseur de l'élément piézoélectrique 20 est inférieure ou égale à 1 millimètre, par exemple 0.45 mm. L'épaisseur des électrodes 22 et 24, ainsi que de la couche conductrice 30 est inférieure ou égale à 50 micromètres, par exemple 35 micromètres.

Toujours en référence à la figure 3, le dispositif 10 est illustré dans une position d'utilisation dans laquelle il est fixé, par sa surface annulaire inférieure libre 35, à une surface supérieure 43 d'un support 44 dans lequel une onde acoustique sismique est destinée à se propager. La surface annulaire inférieure libre 35 du dispositif 10 est par exemple collée à la surface supérieure 43 du support 44, de préférence avec de la colle cyanoacrylate, par exemple de type Loctite 407 ou encore une colle époxy.

Comme la surface annulaire inférieure libre 35 entoure la cavité 38, cette dernière est fermée par le support 44, de sorte que la cavité 38 forme une cavité de résonance pour la membrane 40, c'est-à-dire que la pression dans la cavité est constante (par rapport à la durée d'une onde acoustique) par rapport à la pression de l'autre côté de la membrane 40. De préférence, la cavité 38 est fermée de manière étanche, pour prévenir les communications d'air entre la cavité 38 et l'extérieur de la cavité 38.

Un dispositif 50 de détection d'ondes acoustiques selon un second mode de réalisation de l'invention est représenté sur la figure 4. Ce dispositif 50 est en majeure partie similaire à celui des figures 1 à 3, et les mêmes références sont utilisées pour les éléments identiques. Seul son disque résonateur est de forme différente et numéroté à présent 52.

Le disque résonateur 52 comporte une partie centrale circulaire 54 d'épaisseur constante, inférieure à l'épaisseur de la partie périphérique annulaire 34. Ainsi, une cavité 55 de forme cylindrique est aménagée dans le résonateur acoustique 12, cette cavité 55 étant délimitée en haut par la partie centrale circulaire 54 et latéralement par la partie périphérique annulaire 34. Une fois que le dispositif 50 est fixé sur le support 44, la cavité 55 est en outre délimitée en bas par ce support 44, comme cela est représenté sur la figure 4.

Dans ce mode de réalisation, toute la partie centrale circulaire 54 forme une membrane acoustique 56, tandis que toute la partie périphérique annulaire 34 forme un corps résonnant 57.

Par ailleurs, le transducteur piézoélectrique 18 est fixé uniquement sur la partie périphérique annulaire 34 du disque résonateur 52.

De préférence, les dimensions du disque résonateur 52 sont les suivantes (les autres éléments ayant les dimensions indiquées pour le premier mode de réalisation). Le diamètre du disque résonateur 52 est compris entre 20 millimètres et 100 millimètres, par exemple 50 millimètres. L'épaisseur de la partie périphérique annulaire 34 est comprise entre 1 et 5 millimètres, par exemple 1 millimètre, tandis que l'épaisseur de la partie centrale circulaire 54 est comprise entre 0.1 et 1 millimètres, par exemple 0.2 millimètres.

Le résonateur acoustique 12 présente alors une fréquence de résonance fondamentale en mode de vibration radiale à symétrie axiale de 3.5 kilohertz.

Le dispositif 50 selon le second mode de réalisation est environ trois fois plus sensible aux ondes acoustiques aériennes que le dispositif 10 selon le premier mode de réalisation.

Le fonctionnement des dispositifs 10 et 50, une fois fixés sur le support 44, va à présent être décrit.

En référence à la figure 5, une onde acoustique sismique de surface 60 se propage dans le support 44, sur sa surface supérieure 43. L'onde acoustique sismique 60 correspond à une déformation qui se propage. L'onde acoustique sismique 60 est par exemple, dans le cas d'un support 44 présentant une grande épaisseur par rapport à sa longueur d'onde, une onde de Rayleigh (représentée sur la figure 5), ou bien, dans le cas où le support 44 est en forme de plaque (épaisseur plus faible, au plus de l'ordre d'une longueur d'onde), une onde de Lamb. Dans les deux cas, l'onde acoustique sismique 60 comprend une composante dite « hors plan » correspondant à une déformation de la matière perpendiculairement à la surface supérieure 43, et une composante dite « dans le plan » correspondant à une déformation de la matière le long de la surface supérieure 43.

Le résonateur acoustique 12 est particulièrement sensible aux composantes mécaniques de l'onde acoustique sismique 60 pour les longueurs d'onde égales au double de son diamètre, (soit 100 mm, pour un diamètre du résonateur acoustique 12 de 50 mm), ce qui correspond à un fonctionnement à sa fréquence de résonance fondamentale. Dans une plaque, de telles vibrations peuvent être véhiculées aussi bien selon un mode symétrique que selon un mode antisymétrique mais dans des proportions différentes lorsque les deux modes sont engendrés par le même impact, ce qui peut poser un problème de précision de localisation par temps de transit différentiel si l'on ne connaît pas l'intensité de l'impact. La possible confusion de détection entre le mode symétrique et le mode antisymétrique est levée dans l'état de l'art en ayant recours à des capteurs collés en vis-à-vis de part et d'autre de la plaque de façon à discriminer totalement le mode symétrique, ce qui permet de travailler avec une électronique d'amplification à gain maximal. L'état de l'art conduit en pratique et en conséquence à une saturation de l'électronique d'amplification à l'arrivée du signal sismique car il ne s'intéresse pas à la corrélation qu'il peut y avoir entre le signal sismique et le signal aérien issu de l'impact.

Le risque de confusion entre les deux modes symétrique et antisymétrique est levé autrement par la présente invention : premièrement en diminuant la fréquence de travail (pour une même épaisseur de plaque) pour diminuer la proportion de mode symétrique contenu dans le signal relativement au mode antisymétrique ; deuxièmement en ayant recours à un gain plus faible de façon à permettre une plage de variation d'amplitude et pouvoir mesurer par conversion analogique/numérique l'intensité de l'impact directement au niveau de la tête du paquet d'ondes (dans l'état de l'art l'intensité est quantifiée en mesurant le temps de réverbération du signal sismique dans la plaque) ; troisièmement par une analyse du signal sur un temps plus long tirant parti du signal microphonique issu d'un impact.

Les analyses de Fourier et de la forme temporelle du signal dans la seconde qui suit un impact permettent de déduire la nature et l'intensité de l'impact ainsi que le mode d'interaction et a posteriori ce que devrait être l'amplitude du signal sismique dans les 10 millisecondes suivant l'impact. Elles permettent en particulier de vérifier que l'amplitude maximale attendue pour le mode symétrique n'est pas de nature à perturber la localisation dans le cas où l'on exploite le signal sismique. Ceci est encore plus vrai si la forme d'interaction est connue, par exemple pour un impact avec la pulpe, le plat de l'onde ou l'extrémité du doigt (pulpe et ongle).

Une deuxième méthode pour lever le risque de confusion consiste à exploiter le signal microphonique issu de l'impact et à procéder à une localisation par temps de transit différentiel sur l'onde aérienne.

Le résonateur acoustique 12 entre en résonance suivant le mode de vibration radiale à symétrie axiale lorsque le spectre de fréquences de l'onde acoustique sismique 60 comprend au moins une fréquence de résonance suivant ce mode, et de préférence la fréquence de résonance fondamentale suivant ce mode, puisque c'est généralement celle qui produit la résonance la plus importante. Ainsi, l'onde acoustique sismique 60 met en résonance le résonateur acoustique 12 via la surface annulaire inférieure 35.

Le résonateur acoustique 12 ainsi mis en résonance applique alors une contrainte mécanique au transducteur piézoélectrique 18, qui se traduit par l'apparition d'une différence de potentiel entre les électrodes 22 et 24, cette différence de potentiel constituant une composante du signal de détection, appelée par la suite composante sismique.

Par ailleurs, une onde acoustique aérienne se propageant dans l'air environnant atteint la membrane microphonique 40 ou 56. Sous l'action de l'onde acoustique aérienne, la membrane microphonique 40 ou 56 vibre, de sorte que l'onde acoustique aérienne met en résonance le résonateur acoustique 14 via la membrane microphonique 40, également suivant le mode de résonance radiale à symétrie axiale.

Le résonateur acoustique 12 ainsi mis en résonance applique alors une contrainte mécanique au transducteur piézoélectrique 18, qui se traduit par l'apparition d'une différence de potentiel entre les électrodes 22 et 24, cette différence de potentiel constituant une composante du signal de détection, appelée par la suite composante microphonique.

Le signal de détection fourni par le dispositif 10 ou 50 comprend ainsi la composante sismique ou la composante microphonique, selon qu'une onde acoustique sismique ou qu'une onde acoustique aérienne est reçue. On remarquera que le résonateur acoustique 12 joue le rôle d'un filtre fréquentiel sur l'onde acoustique sismique ou aérienne. En effet, les fréquences de l'onde correspondant aux fréquences de résonance, et en particulier à la fréquence de résonance fondamentale, sont fortement transmises, tandis que les fréquences hors des fréquences de résonance sont fortement atténuées.

En référence à la figure 8, un système 70 de localisation d'une source d'ondes acoustiques comporte un support 72 en forme de plaque. Le support 72 est par exemple un plancher d'une habitation, ou bien une plaque moins épaisse, par exemple une table.

Le système 70 comporte en outre quatre dispositifs de détection d'ondes acoustiques 74A, 74B, 74C, 74D, fixés sur le support. Chacun de ces dispositifs 74A, 74B, 74C, 74D est par exemple conforme au premier mode de réalisation des figures 1 à 3 ou bien au second mode de réalisation de la figure 4. Chaque dispositif 74A, 74B, 74C, 74D fournit un signal de détection comprenant une composante sismique lorsque une onde acoustique sismique est détectée par le dispositif, via sa surface 35 plaquée contre le support, ou bien une composante microphonique lorsqu'une onde acoustique microphonique est détectée par le dispositif via sa membrane microphonique 40 ou 56. Le système 70 comporte en outre une unité de traitement 76 des signaux de détection des dispositifs 74A, 74B, 74C, 74D.

L'unité de traitement 76 est conçue pour détecter une activité autour d'une fréquence prédéfinie dans chacun des signaux de détection. De préférence, la fréquence prédéfinie est égale à la fréquence de résonance fondamentale des dispositifs 74A, 74B, 74C, 74D dans leur mode de vibration radiale à symétrie axiale.

L'activité correspond soit à l'apparition d'une composante sismique dans le signal de détection, soit à l'apparition d'une composante microphonique, soit aux deux, sismique et microphonique.

La détection est par exemple réalisée par une amplification large bande, suivie d'un filtrage autour de la fréquence prédéfinie, suivi d'une élévation au carré, suivie d'une détection de crête, suivie d'une intégration.

Lorsque l'unité de traitement 76 détecte une première activité, c'est-à-dire une activité qui n'a pas été récemment précédée d'une autre activité, l'unité de traitement initialise des compteurs permettant d'horodater toutes les activités détectées ultérieurement sur un intervalle de temps prédéterminé, par rapport à cette première activité.

Une source acoustique impulsionnelle, telle qu'un impact, génère généralement une onde sismique et une onde aérienne. Par exemple, un impact sur le support 72 génère bien une onde sismique, ainsi qu'un bruit, c'est-à-dire une onde aérienne. De même, un claquement dans les mains génère un bruit, c'est-à-dire une onde aérienne qui se propage jusqu'au support 72 et génère une onde sismique dans ce dernier. Comme les ondes sismiques se propagent beaucoup plus vite que les ondes aériennes, la première activité correspond généralement à la détection de l'onde sismique.

L'unité de traitement 76 est conçue pour distinguer les activités correspondant à diverses formes d'interaction, par exemple de type impacts, caractérisées par une forme d'onde impulsionnelle comprenant au départ un signal de faible amplitude correspondant à l'arrivée de l'onde sismique, suivi d'un signal d'amplitude plus forte, correspondant à l'arrivée de l'onde microphonique. Une forme d'interaction de type claquement de mains ne produit pas de signal correspondant à l'arrivée de l'onde sismique, mais uniquement un signal microphonique. Dans un environnement sonore bruité, l'électronique de traitement peut être programmée de façon à ne pas réagir à ce type d'interaction. L'unité de traitement 76 est donc conçue pour distinguer les activités correspondant à l'onde sismique de celles correspondant à l'onde aérienne, par exemple par le fait qu'elles présentent la même signature, puisqu'elles ont la même forme d'interaction (l'impact sur le support a une première forme d'interaction, le claquement de mains une seconde).

L'unité de traitement 76 est conçue pour localiser la source à partir des détections horodatées. Cela est par exemple réalisé de la manière décrite dans la publication FR 2 81 1 107, c'est-à-dire par calcul de temps de transit différentiel soit à partir des détections de l'onde sismique, soit à partir des détections de l'onde aérienne.

Dans le cas où les détections de l'onde sismique sont utilisées, il est possible de localiser une source sur le support 72. Il est également possible de discriminer une source aérienne issue d'un impact d'une source aérienne sans impact.

Dans le cas où les détections de l'onde aérienne sont utilisées, il est possible de localiser une source sur le support ou même à distance du support (par exemple, le claquement de mains).

L'utilisation des détections de l'onde aérienne peut présenter certains avantages. En effet, lorsque le support est une plaque mince, par exemple une plaque de verre de 1 centimètre d'épaisseur, un impact génère une onde sismique comprenant un mode symétrique se propageant par exemple à 5400 mètres par seconde et un mode antisymétrique plus lent se propageant par exemple à 3300 mètres par seconde, ainsi qu'une onde aérienne se propageant par exemple à 343 mètres par seconde. L'utilisation de l'onde aérienne permet alors d'éviter le problème de la différence de vitesse de propagation des deux modes de l'onde sismique.

En outre, avec cette utilisation de l'onde aérienne, le support sert à définir le plan de travail et les points de fixation des dispositifs de détection. Il sert également de barrière et de guide aux ondes aériennes engendrées par l'impact qui doivent se propager latéralement vers les capteurs.

L'utilisation des ondes acoustiques microphoniques pour détecter un impact est en outre avantageuse car, en choisissant judicieusement le ratio surface sismique / surface microphonique du capteur, il est possible de s'assurer que les ondes acoustiques produisent un signal beaucoup plus fort, en général dix fois plus fort, que les ondes sismiques.

En outre, dans les ondes sismiques générées, le mode antisymétrique est beaucoup plus fort, en général dix fois plus fort, que le mode symétrique, et ceci est d'autant plus vrai que la fréquence est plus basse, ou de façon plus précise que le produit fréquence.épaiseur reste faible, préférentiellement inférieur à 100 kHz.mm. Ainsi, en choisissant une fréquence de résonance faible pour le résonateur, la proportion du mode symétrique engendré par l'impact baisse relativement à la proportion du mode antisymétrique, de sorte que le mode symétrique peut être considéré en pratique comme absent. Le fait de travailler à basse fréquence permet donc d'améliorer la sélectivité et la sensibilité, mais en défaveur de la résolution temporelle et donc de la précision de localisation, sauf à exploiter les ondes aériennes issues de l'impact pour lesquelles l'absence de dispersion permet d'identifier un point fixe dans le paquet d'ondes reçu, avec une précision meilleure que la demi période du signal.

Par ailleurs, l'unité de traitement 76 est de préférence conçue pour enregistrer les signaux de détection, de préférence sur un intervalle d'enregistrement glissant, par exemple d'une durée de 3 à 5 secondes. De préférence, lorsqu'un impact est détecté, c'est-à-dire qu'une source acoustique sismique est localisée par l'unité de traitement 76, cette dernière prolonge l'intervalle d'enregistrement de quelques secondes, par exemple, de 3 à 5 secondes. L'unité de traitement 76 est alors conçue pour analyser, par exemple par analyse de Fourier, les signaux de détections enregistrés sur l'intervalle d'enregistrement ainsi prolongé.

Ainsi, l'unité de traitement 76 est apte à détecter une activité sonore précédant et suivant l'impact, car cette activité sonore génère alors une composante microphonique dans au moins l'un des signaux de détection. L'analyse comprend par exemple la détermination de la nature de l'activité sonore, par exemple par comparaison du signal enregistré avec une base de données de signaux de référence.

Dans le cadre de la surveillance de personnes âgées ou vulnérables, le système 70 permet de détecter une situation d'urgence à partir à la fois d'informations sismiques et microphoniques, par exemple un impact suivi d'un cri qui pourraient résulter d'une chute de personne.

II apparaît clairement qu'un dispositif de détection d'ondes acoustiques selon l'invention permet de détecter des ondes acoustiques sismiques et aériennes sur un support dont une seule face est accessible, et ne possédant pas nécessairement de bords biseautés.

On notera par ailleurs que l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits précédemment. Il apparaîtra en effet à l'homme de l'art que diverses modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation décrits ci- dessus, à la lumière de l'enseignement qui vient de lui être divulgué. Dans les revendications qui suivent, les termes utilisés ne doivent pas être interprétés comme limitant les revendications aux modes de réalisation exposés dans la présente description, mais doivent être interprétés pour y inclure tous les équivalents que les revendications visent à couvrir du fait de leur formulation et dont la prévision est à la portée de l'homme de l'art en appliquant ses connaissances générales à la mise en œuvre de l'enseignement qui vient de lui être divulgué.