Дисертації з теми "Piezoelectric electro acoustic transducer"

Piezoelectric transducers are widely used in electro-acoustic, hydroacoustic, ultrasonic, medical and measuring techniques, security and control systems. One of the main characteristics of the piezoelectric transducers is operation frequency band. Despite the fact that it is used to be expanded, narrowband piezoelectric transducers also can be used. In particular, the fields of application of piezoelectric transducers are narrowband alarm systems, for example, glass breakage detectors [1].

In this thesis, numerical and experimental design of a multi-frequency underwater acoustic transducer with cylindrical piezoelectric ceramic tubes is studied. In the numerical design, the acoustic, mechanical and thermal performances of the transducer are investigated by means of finite element method (FEM) in ANSYS. The design of the transducer that meets the acoustic requirements is checked in terms of the mechanical and thermal performances. After the completion of the numerical design, the transducer is manufactured and some performance tests such as impedance test, hydrostatic pressure test and full-power operation test are applied to it. Finally, the results of the numerical and experimental design are compared. As a result, the design of an underwater acoustic transducer that operates at two frequency bands centered at about 30 and 60 kHz under a hydrostatic pressure of 30 bars is accomplished. This transducer also resist to a shock loading of 500g for 1 millisecond.

Surface Acoustic Waves (SAW) fall under a special category of elastic waves that need a material medium to propagate. The energy of these waves is confined to a limited depth below the surface over which they propagate, and their amplitudes decay with increasing depth. As a consequence of their being a surface phenomenon, they are easily accessible for transduction. Due to this reason, a lot of research has been carried out in the area, which has resulted in two very popular applications of SAW - SAW devices and in Non-Destructive Testing and Evaluation. A major restriction of SAW devices is that the SAW need a piezoelectric medium for generation, propagation and reception. This thesis reports the attempt made to overcome this restriction and utilize the SAW on non-piezoelectric substrates for sensing capabilities. The velocity of the SAW is known to be dependent purely on the material properties, specifically the elastic constants and material density. This dependence is the motivation for the sensor system developed in the present work. Information on the survey of the methods suitable for the generation and reception of SAW on non-piezoelectric substrates has been included in the thesis. This is followed by the theoretical and practical details of the method chosen for the present work - the point source/point receiver method. Advantages of this method include a simple and inexpensive fabrication procedure, easy customizability and the absence of restrictions due to directivity of the SAW generated. The transducers consist of a conically shaped PZT element attached to a backing material. When the piezoelectric material on the transmitter side is electrically excited, they undergo mechanical oscillations. When coupled to the surface of a solid, the oscillations are transferred onto the solid, which then acts as a point source for SAW. At the receiver, placed at a distance from the source on the same side, the received mechanical oscillations are converted into an electrical signal as a consequence of the direct piezoelectric effect. The details of the fabrication and preliminary trials conducted on metallic as well as non-metallic samples are given. Various applications have been envisaged for this relatively simple sensor system. One of them is in the field of pressure sensing. Experiments have been carried out to employ the acoustoelastic property of a flexible diaphragm made of silicone rubber sheet to measure pressure. The diaphragm, when exposed to a pressure on one side, experiences a varying strain field on the surface. The velocity of SAW generated on the stressed surface varies in accordance with the applied stress, and the consequent strain field generated. To verify the acoustoelastic phenomenon in silicone rubber, SAW velocities have been measured in longitudinal and transverse directions with respect to that of the applied tensile strain. Similar measurements are carried out with a pressure variant inducing the strain. The non-invasive nature of this setup lends it to be used for in situ measurement of pressure. The second application is in the field of elastography. Traditional methods of diagnosis to detect the presence of sub-epidermal lesions, some tumors of the breast, liver and prostate, intensity of skin irritation etc have been mainly by palpation. The sensor system developed in this work enables to overcome the restrictive usage and occasional failure to detect minute abnormal symptoms. In vitro trials have been conducted on tissue phantoms made out of poly (vinyl alcohol) (PVA-C) samples of varying stiffnesses. The results obtained and a discussion on the same are presented.

L'observation spatiale exige l’utilisation de systèmes à très haute résolution avec de grandes dimensions. La conception de ces systèmes implique la détection et associe des systèmes d'actuation pour assurer un positionnement très stable de composants optiques. Toutefois, les matériaux actuellement utilisés pour l’actionnement piézoélectrique (PZT) montrent des propriétés fortement diminuées à très basse température. Ce travail explore les performances de composés piézoélectriques PMN-xPT à des températures cryogéniques. La dépendance en température des céramiques PMN-xPT est comparée à la dépendance thermique de PZT dur (PZT-4) et doux (PZT5H) sous forme de céramiques de la température ambiante à 10 K. Les compositions en PMN-PT de structure quadratique présentent des constantes piézoélectriques stables dans la plage de température 250 - 100 K. Les plus hautes valeurs de constantes piézoélectriques sont observées pour le composé PMN-38PT dans la gamme de température 200 à 50 K. Toutes les céramiques présentent des performances décroissantes en fonction de la température. Ce comportement est attribué à un «freezing out» des contributions extrinsèques du phénomène de piézoélectricité, mais est également dû à une contribution d’effets quantiques. Le facteur de qualité mécanique (Qm) augmente très rapidement à partir de 50 K pour tous les composés. Ceci pourrait être dû à de faibles processus de relaxation à très basses températures. Les transducteurs acoustiques actuels fonctionnent avec des céramiques à base de plomb, et plus particulièrement avec des céramiques PZT. Ce matériau a de fortes propriétés électromécaniques. Cependant à cause de la toxicité du plomb, nous devons trouver des composés sans plomb afin de remplacer le PZT. Dans ce travail de recherche, un oxyde mixte synthétisé par voie classique, (K, Na, Li) (Nb, Ta, Sb) O3 sous forme de céramiques est étudié. Ce composé possède d’excellentes densités (98% dth) et de bonnes propriétés électromécaniques à température ambiante. L’étude de la texturation de ce composé montre que par la méthode de coulage en bande, nous pouvons obtenir une certaine orientation des céramiques (60%)
Space borne observation requires extremely high resolution systems with large dimensions. The design of such systems implies associating sensing and actuation systems to insure a highly stable positioning of optical components. However, the currently used PZT materials for piezoelectric actuation show strongly diminished strain at cryogenic temperatures. This work explores the performances of PMN-xPT piezoelectric materials at cryogenic temperatures. Temperature dependence of PMN-xPT ceramics is compared with hard PZT (PZT-4) and soft PZT (PZT5H) ceramics from RT to 10 K. PMN-PT tetragonal compositions exhibit stable piezoelectric constant in the 250-100 K range. The highest values of piezoelectric constant are observed for PMN-38PT in the 200-50 K range. All ceramics exhibit decreasing performances versus cooling temperature. This behaviour is attributed to a “freezing out” of extrinsic contributions to piezoelectricity [12] but is also due to a contribution of quantum effects [13, 14]. The mechanical quality factor (Qm) increases very quickly from 50 K to 10 K for all samples. This fact could be due to low relaxation processes at very low temperatures. Today acoustic transducers operate with lead-based ceramics, and more particularly lead–zirconate–titanate (PZT). This material is very powerful thanks to these high electromechanical properties. However cause of lead toxicity we have to find new materials without lead in order to replace PZT. In this paper, main guidelines to develop lead-free ceramics are given specially for acoustic transducer. A conventional mixed oxide and carbonate route to synthesis (K,Na,Li)(Nb,Ta,Sb)O3 lead-free ceramics is presented. Excellent density (98% dth) and good electromechanical properties were observed at room temperature

Thesis (M.S. in Engineering Acoustics)--Naval Postgraduate School, March 2004.
Thesis advisor(s): Thomas R. Howarth, Dehua Huang. Includes bibliographical references (p. 67-69). Also available online.

In Acoustic Emissions (AE), Hsu-Nielsen Pencil-Lead Breaks (PLB) are used to generate sound waves enabling the characterization of acoustic wave speed in complex structures. The broadband signal of a PLB represents a repeatable emission, which can be applied at different regions of the structure, and therefore can be used to calibrate the localization algorithms of the AE system. In recent years, the use of Finite Element Method (FEM) has flourished for modelling acoustic Lamb wave propagation, which is present in thin plate-like structures. The primary challenge faced by the AE community is the lack of a well-known mathematical function of a PLB signal that can be applied in numerical simulations. This study makes use of a Time Reversal (TR) approach to identify the emission source of the PLB on a 7075-T651 aluminum plate. An ABAQUS CAETM model with piezoelectric actuators and sensors was developed. In order to avoid edge reflections, absorbing boundaries based on the Stiffness Reduction Method (SRM) were considered. The captured PLB signals were used as input to the FEM and was time-reversed. Furthermore, a band-limited white noise signal was used to calibrate the contribution of the broadband frequencies found in the transmitted wave packet. Preliminary results indicate that the TR approach can be used to understand the shape and function of the original transmitted signal.

Microelectromechanical resonators have found widespread applications in timing, sensing and spectral processing. One of the important performance metrics of MEMS resonators is the temperature sensitivity of their frequency. The main objective of this dissertation is the compensation and control of the temperature sensitivity of silicon resonators through engineering of device geometry and structural composition. This has been accomplished through formation of composite platforms or novel geometries based on dispersion characteristics of guided acoustic waves in single crystalline silicon (SCS) microstructures. Furthermore, another objective of this dissertation is to develop efficient longitudinal piezoelectric transduction for in-plane resonance modes of SCS resonators that have lithographically-defined frequencies, to reduce their motional resistance (Rm). A uniformly distributed matrix of silicon dioxide pillars is embedded inside the silicon substrate to form a homogenous composite silicon-oxide platform (SilOx) with nearly perfect temperature-compensated stiffness moduli. Temperature-stable micro-resonators implemented in SilOx platform operating in any desired in- and out-of-plane resonance modes show full compensation of linear temperature coefficient of frequency (TCF). Overall frequency drifts as small as 80 ppm has been achieved over the industrial temperature range (-40°C to 80°C) showing a 40x improvement compared to uncompensated native silicon resonators. A 27 MHz temperature-compensated MEMS oscillator implemented using SilOx resonator demonstrated sub-ppm instability over the industrial temperature range. Besides this, a new formulation of different resonance modes of SCS resonators based on their constituent acoustic waves is presented in this dissertation. This enables engineering of the acoustic resonator to provide several resonance modes with mechanical energy trapped in central part of the resonator, thus obviating narrow tethers traditionally used for anchoring the cavity to the substrate. This facilitates simultaneous piezoelectric-transduction of multiple modes with different TCFs through independent electrical ports, which can realize highly accurate self-temperature sensing of the device using a beat frequency (fb) generated from linear combination of different modes. Piezoelectrically-transduced multi-port silicon resonators implemented using this technique provide highly temperature-sensitive fb with a large TCF of ~8500 ppm/°C showing 100x improvement compared to other Quartz/MEMS counterparts, suggesting these devices as highly sensitive temperature sensors for environmental sensing and temperature-compensated/oven-controlled crystal oscillator (TCXO/OCXO) applications. Another part of this dissertation introduces a novel longitudinal piezoelectric transduction technique developed for implementation of low Rm silicon resonators operating in lithographically defined in-plane modes. Aluminum nitride films deposited on the sidewalls of thick silicon microstructures provides efficient electromechanical transduction required to achieve low Rm. 100 MHz SCS bulk acoustic resonators implemented using this transduction technique demonstrates Rm of 33Ω showing a 100x improvement compared to electrostatically transduced counterparts. Low-loss narrow-band filters with tunable bandwidth and frequency have been implemented by electrical coupling of these devices, showing their potential for realization of truly reconfigurable and programmable filter arrays required for software-defined radios.

The recent development of the commercially viable thin film electro-acoustic technology has triggered a growing interest in the research of plate guided wave or Lamb wave components owing to their unique characteristics. In the present thesis i) an experimental study of the thin film plate resonators (FPAR) performance operating on the lowest symmetrical Lamb wave (S0) propagating in highly textured AlN membranes versus a variety of design parameters has been performed. The S0 mode is excited through an Interdigital Transducer and confined within the structure by means of reflection from metal strip gratings. Devices operating in the vicinity of the stop-band center exhibiting a Q-value of up to 3000 at a frequency around 900MHz have been demonstrated. Temperature compensation of this type of devices has been studied theoretically and successfully realized experimentally for the first time. Further, integrated circuit-compatible S0 Lamb based two-port FPAR stabilized oscillators exhibiting phase noise of -92 dBc/Hz at 1 kHz frequency offset with feasible thermal noise floor below -180 dBc/Hz have been tested under high power for a couple of weeks. More specifically, the FPARs under test have been running without any performance degradation at up to 27 dBm loop power. Further, the S0 mode was experimentally demonstrated to be highly mass and pressure sensitive as well as suitable for in-liquid operation, which together with low phase noise and high Q makes it very suitable for sensor applications; ii) research in view of FPARs operating on other types of Lamb waves as well as novel operation principles has been initiated. In this work, first results on the design, fabrication and characterization of two novel type resonators: The Zero Group Velocity Resonators (ZGVR) and The Intermode-Coupled Thin Film Plate Acoustic Resonators (IC-FPAR), exploiting new principles of operation have been successfully demonstrated. The former exploits the intrinsic zero group velocity feature of the S1 Lamb mode for certain combination of design parameters while the latter takes advantage of the intermode interaction (involving scattering) between S0 and A1 Lamb modes through specially designed metal strip gratings (couplers). Thus both type of resonators operate on principles of confining energy under IDT other than reflection.

Ce travail de recherche présente des interfaces électroniques non-linéaires pour des systèmes hybrides de récupération d'énergie combinant des transducteurs piézoélectriques et électromagnétiques. Ces systèmes ont reçu un grand intérêt en raison de leur capacité à convertir les vibrations mécaniques en énergie électrique suffisante pour alimenter des capteurs à faible puissance. Afin d'alimenter ces appareils microélectroniques, une fois l'énergie convertie, une extraction efficace et intelligente doit être mise en place avec une unité dédiée. Les interfaces hybrides non-linéaires proposées dans ce travail, visant à inclure autant de parties électroactives que possible dans le même circuit, permettent une augmentation de la puissance de sortie finale des microgénérateurs concernés, ainsi qu'une solution pour obtenir une valeur commune de charge optimale, même si chacun des éléments traités présentent des principes de fonctionnement et des valeurs de charge optimale différents. Une première solution est dérivée du SSHI (Synchronized Switch Harvesting on Inductor) et se base sur la technique de commutation synchronisée. Cette méthode vise à remplacer l'inductance passive dans l'interface SSHI par un système électromagnétique actif, conduisant à une interface de microgénérateurs entièrement actifs et augmentant la puissance de sortie finale. Une deuxième solution est issue de la combinaison des techniques SECE (Synchronous Electric Charge Extraction) et SMFE (Synchronous Magnetic Flux Extraction), respectivement développées pour les systèmes piézoélectriques et électromagnétiques. Son principe de base consiste à transférer l'énergie de l’élément piézoélectrique vers le transducteur électromagnétique, et ensuite à extraire l'énergie du système électromagnétique, préalablement amplifiée par le transfert de charges issues du dispositif piézoélectrique. La stratégie consistant à inclure autant de parties électroactives que possible dans la même interface électrique ouvre de nouvelles possibilités de combiner plusieurs systèmes électroactifs, constituant des récupérateurs d'énergie hybride, sans inclure des étages supplémentaires dans les circuits, ce qui permet de maintenir une relative simplicité sans perte de puissance significative
In this research work, electronic nonlinear interfaces for hybrid energy harvesting systems combining piezoelectric and electromagnetic transducers are presented. Such systems have received great attention due to their ability to detect mechanical vibrations and convert them into electrical energy sufficient to power low-power sensors. In order to supply these microelectronic devices the generated sinusoidal signal needs to be rectified into a constant DC voltage. In other words, once the energy is converted, a proper and smart extraction of such energy needs to be implemented with a dedicated unit. The proposed nonlinear hybrid interfaces developed in this work, aimed at incorporating as much as electroactive parts as possible in the circuit, not only increase the final output power of the involved transducers but also provide a solution for obtaining a common optimal load value, despite dealing with elements singularly presenting different working principles and values of optimal load, without the use of additional load adaptation stages. A first solution is derived from the previously developed SSHI (Synchronized Switch Harvesting on Inductor) and based on the Synchronized Switching technique. This method aims at replacing the passive inductor in the SSHI interface with an active electromagnetic system, leading to an all-active microgenerators interface and increasing the final output power. A second solution is derived from a combination of the SECE (Synchronous Electric Charge Extraction) and SMFE (Synchronous Magnetic Flux Extraction) techniques. Its main principle consists of transferring the energy from the piezoelectric to the electromagnetic transducer and then extracting the boosted energy from the electromagnetic system. The strategy of including as much as electroactive parts within the same electrical interface open many different possibilities of interfacing more than one electroactive system, constituting hybrid energy harvesters, without including extra circuit stages, thus maintaining a relative simplicity without high power losses

Application de la méthode des élements finis a l'analyse des modes propres d'anneaux de céramique piézoélectrique et du rayonnement acoustique d'un ou de plusieurs anneaux identiques coaxiaux immergés, est décrite. L'objectif poursuivi est double : déterminer l'évolution des divers modes de résonance d'un anneau libre en fonction de ses dimensions, et décrire de façon précise le fonctionnement de ce transducteur lorsqu'il rayonne dans l'eau, afin d'interpréter correctement les réusltats expérimentaux disponibles.

Ce manuscrit de thèse propose l'optimisation de l'ensemble de la chaîne de reproduction sonore dans un système embarqué. Le premier axe de recherche introduit les notions générales concernant les systèmes audio embarqués nécessaires à la bonne compréhension du contexte de la recherche. Le principe de conversion de l'ensemble de la chaine est présenté afin de comprendre les différentes étapes qui composent un système audio. Un état de l'art présente les différents types de haut-parleurs ainsi que l'électronique associé les plus couramment utilisées dans les systèmes embarqués. Le second axe de recherche propose une approche globale : une modélisation électrique du haut-parleur (tenant compte d'un nombre optimal de paramètres) permet à un électronicien de mieux appréhender les phénomènes non-linéaires du haut-parleur qui dégradent majoritairement la qualité audio. Il en résulte un modèle viable qui permet d'évaluer la non-linéarité intrinsèque du haut-parleur et d'en connaitre sa cause. Les résultats des simulations montrent que le taux de distorsion harmonique intrinsèque au haut-parleur est supérieur à celui généré par un amplificateur. Le troisième axe de recherche met en avant l'impact du contrôle du transducteur. L'objectif étant de savoir s'il existe une différence, du point de vue de la qualité audio, entre la commande asservie par une tension ou par un courant, d'un micro-haut-parleur électrodynamique. Pour ce type de transducteur et à ce niveau de la modélisation, le contrôle en tension est équivalent à contrôler directement le haut-parleur en courant. Néanmoins, une solution alternative (ne dégradant pas davantage la qualité audio du signal) pourrait être de contrôler le micro-haut-parleur en courant. Le quatrième axe de recherche propose d'adapter les spécifications des amplificateurs audio aux performances des micro-haut-parleurs. Une étude globale (énergétique) démontre qu'un des facteurs clés pour améliorer l'efficacité énergétique du côté de l'amplificateur audio est la minimalisation de la consommation statique en courant, en maximalisant le rendement à puissance nominale. Pour les autres spécifications, l'approche globale se base sur l'étude de l'impact de la spécification d'un amplificateur sur la partie acoustique. Cela nous a par exemple permis de réduire la contrainte en bruit de 300%. Le dernier axe de recherche s'articule autour d'un nouveau type de transducteur : un micro-haut-parleur en technologie MEMS. La caractérisation électroacoustique présente l'amélioration en terme de qualité audio (moins de 0,016% de taux de distorsion harmonique) et de plage de fréquence utile allant de 200 Hz à 20 kHz le tout pour un niveau sonore moyen de 80dB (10cm). La combinaison de tous les efforts présente un réel saut technologique. Enfin, la démarche globale d'optimisation de la partie électrique a été appliquée aux performances du MEMS dans la dernière section, ce qui a notamment permis de réduire la contrainte en bruit de 500%.

Le Haut-Parleur Digital Matriciel (HPDM) est un moyen de transduction électroacoustique qui reçoit comme entrée un signal numérique et qui effectue la conversion vers l'analogique directement dans l'air. Il est constitué de plusieurs éléments rayonnants disposés au sein d'une matrice. Ces éléments seront désignés par le terme "speaklet" lorsqu'ils sont de taille réduite. Le rayonnement acoustique du HPDM est en effet très sensible à la taille de la matrice à cause des phénomènes de différences de marche, ce qui le rend tout particulièrement adapté à la technologie MEMS. Cette thèse porte sur l'étude de HPDM MEMS piézoélectriques. Après une introduction qui débute par certaines généralités jusqu'à se focaliser sur le sujet, la thèse aborde les modélisations multiphysiques des HPDM étudiés, le dimensionnement des speaklets puis les tests expérimentaux. Des modèles analytiques ainsi que des simulations numériques sont mis en place et permettent de prédire le comportement mécanique des speaklets présentés, les pressions rayonnées par les HPDM et les puissances électriques consommées. Les speaklets sont ensuite dimensionnés à partir de l'empilement technologique (fixé à priori) afin de maximiser le niveau de pression qu'ils génèrent. Des tests expérimentaux impliquant principalement l'utilisation d'une chambre anéchoïque, d'un interféromètre optique, d'un vibromètre et d'un impédancemètre permettent alors de valider la majorité des modèles ou au contraire de revenir sur certains d'entre eux pour les optimiser ou montrer leurs limitations. Les résultats ont en effet montré l'importance de la prise en compte des contraintes résiduelles, qui provoquent une déformée initiale des speaklets et modifient leurs fréquences propres, rendant alors l'utilisation de grands rayons inefficaces. En accord avec les modèles, les speaklets se déforment statiquement de façon non-linéaire mais possèdent un comportement dynamique linéaire, ce qui permet de les caractériser à l'aide de fonctions de transfert. La théorie et les enregistrements sonores montrent alors qu'un HPDM composé de tels speaklets permet dans le meilleur des cas de produire une pression identique à celle générée par la même matrice pilotée en analogique. Dans notre cas, des taux de distorsion supérieurs ont été obtenus lors des reconstructions digitales, à cause des réponses non uniformes des speaklets, dues à des résistances d'accès différentes. Le HPDM présenté possède cependant d'autres avantages, le plus important étant la très faible consommation électrique qu'il est théoriquement possible d'atteindre en utilisant les méthodes de charge et de décharge adiabatiques. Le HPDM piézoélectrique MEMS apparaît donc comme étant une technologie prometteuse. L'optimisation de notre premier prototype à l'aide des outils développés doit en effet conduire à un HPDM capable de générer une pression équivalente à celle obtenue en mode analogique, mais avec un rendement électroacoustique beaucoup plus important. Les futurs travaux devront ensuite se concentrer sur la conception de speaklets non-linéaires et sur la forme du pulse de pression qu'ils génèrent, afin de gagner en niveau sonore.

Dans ce travail, une approche de reconnaissance de l’orateur en utilisant un microphone de contact est développée et présentée. L'élément passif de contact est construit à partir d'un matériau piézoélectrique. La position du transducteur piézoélectrique sur le cou de l'individu peut affecter grandement la qualité du signal recueilli et par conséquent les informations qui en sont extraites. Ainsi, le milieu multicouche dans lequel les vibrations des cordes vocales se propagent avant d'être détectées par le transducteur est modélisé. Le meilleur emplacement sur le cou de l’individu pour attacher un élément transducteur particulier est déterminé en mettant en œuvre des techniques de simulation Monte Carlo et, par conséquent, les résultats de la simulation sont vérifiés en utilisant des expériences réelles. La reconnaissance est basée sur le signal généré par les vibrations des cordes vocales lorsqu'un individu parle et non sur le signal vocal à la sortie des lèvres qui est influencé par les résonances dans le conduit vocal. Par conséquent, en raison de la nature variable du signal recueilli, l'analyse a été effectuée en appliquant la technique de transformation de Fourier à court terme pour décomposer le signal en ses composantes de fréquence. Ces fréquences représentent les vibrations des cordes vocales (50-1000 Hz). Les caractéristiques en termes d'intervalle de fréquences sont extraites du spectrogramme résultant. Ensuite, un vecteur 1-D est formé à des fins d'identification. L'identification de l’orateur est effectuée en utilisant deux critères d'évaluation qui sont la mesure de la similarité de corrélation et l'analyse en composantes principales (ACP) en conjonction avec la distance euclidienne. Les résultats montrent qu'un pourcentage élevé de reconnaissance est atteint et que la performance est bien meilleure que de nombreuses techniques existantes dans la littérature
In this work, a speaker recognition approach using a contact microphone is developed and presented. The contact passive element is constructed from a piezoelectric material. In this context, the position of the piezoelectric transducer on the individual’s neck may greatly affect the quality of the collected signal and consequently the information extracted from it. Thus, the multilayered medium in which the sound propagates before being detected by the transducer is modeled. The best location on the individual’ neck to place a particular transducer element is determined by implementing Monte Carlo simulation techniques and consequently, the simulation results are verified using real experiments. The recognition is based on the signal generated from the vocal cords’ vibrations when an individual is speaking and not on the vocal signal at the output of the lips that is influenced by the resonances in the vocal tract. Therefore, due to the varying nature of the collected signal, the analysis was performed by applying the Short Term Fourier Transform technique to decompose the signal into its frequency components. These frequencies represent the vocal folds’ vibrations (50-1000 Hz). The features in terms of frequencies’ interval are extracted from the resulting spectrogram. Then, a 1-D vector is formed for identification purposes. The identification of the speaker is performed using two evaluation criteria, namely, the correlation similarity measure and the Principal Component Analysis (PCA) in conjunction with the Euclidean distance. The results show that a high percentage of recognition is achieved and the performance is much better than many existing techniques in the literature

Par synthese de fourier, expression des ondes acoustiques sous forme d'integrale, evaluee dans le champ lointain par la methode de la plus grande pente dans le domaine complexe du nombre d'onde. Determination des ondes de surface et des ondes de volume rampantes d'apres les singularites de l'integrant et des ondes de volume rayonnees qui se propagent dans une direction commandable par la frequence d'excitation, a l'approximation geometrique du rayon. Calcul de leur diagramme de rayonnement pour un grand nombre de configurations du quartz et de linbo::(3). Proposition de nouveaux dispositifs electroacoustiques utilisant ces ondes de volume

碩士
國立雲林科技大學
環境與安全工程系碩士班
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There are not only many complex pipelines but also a great number of machines in fossil fuel plants. These complex pipelines in plants transport chemicals or natural gases. Due to corrosion from long-time use, these pipelines become thinner and perforated with tiny holes. Therefore, pipelines that have been used for a long time increase the risk of accidents happening in plants. Electromagnetic Acoustic Transducer is a non-contacting technique requiring no fluid couplant to detect defects or rough surfaces on pipelines at elevated temperatures in hazardous locations. This experiment uses EMAT to detect long-time-use defects in pipelines, and we discuss the relationship between pipelines and signals transmitted by this experiment. The measurements taken in the experiment indicate that a pipeline with deep or long defects increases the attenuation of amplitude signals. Moreover, a defective pipeline with a greater diameter increases the attenuation of amplitude signals as well. Therefore, according to the results of the experiment, EMAT can detect the relationship between amplitude signals and deep or long defects.