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La mesure ultrasonore de la densité

L'agroalimentaire et la chimie font appel à la mesure de densité de matière, et notamment de liquides. Les variations de concentration  influent sur la densité et donc sur la vitesse du son. On a donc vite fait d'arriver à la mesure de temps à haute résolution (voir graphique en marge).

 

La vitesse du son dans l'eau à 20 °C est de 1483 m/s. Un soluté dont la concentration varie peut amener cette vitesse à changer entre 1200 et 1800 m/s. Supposons une distance de 20 mm entre un émetteur et un capteur ultrasons. Cela se traduit par un délai de 10 à 20 microsecondes. Dans d'autres configurations, selon le cas, on peut s'attendre à quelque chose de l'ordre de 1 µs. Dans la pratique, on demande une résolution de 0,1 m/s. Ceci pose 500 ps comme condition de résolution pour la mesure de temps, facile pour un CTN (convertisseur temps-numérique) ACAM.


 

Les nombreux avantages du CTN dans ce type d'application

  • Compacticité: Solution monopuce, boîtier QFN32 pour le TDC-GP2
  • Haute résolution: par moyennage, bien en-dessous de 5 ps
  • Plage de température: de -40° C à 120° C 
  • Compatibilité alimentation pile: pour les portatifs,  photovoltaïques et autres applications basse-consommation. En mode opératoire "MR2",les CTN du fournisseur ACAM ne consomment presque rien en dehors de l'oscillateur de référence, donc typiquement 3 microampères. Dans le cas où l'oscillateur peut travailler de façon intermittente, l'on peut descendre dans les nanoampères.
  • Measure de température: La vitesse du son est fonction de la température, d'où l'importance de la thermométrie. Celle-ci pouvant facilement être réduite à une mesure de temps, toute la fonctionnalité se trouve intégrée dans le CTN avec une résolution de l'ordre du millikelvin.

Le principe de mesure