Téléalimentation acoustique pariétale

Through-the-wall power transfer

• Auteur / Autrice : Olivier Freychet
• Direction : Ghislain Despesse
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Signal, image, paroles, télécoms
• Date : Soutenance le 25/03/2022
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'électronique et de technologie de l'information (Grenoble ; 1967-....)
• Jury : Président / Présidente : Skandar Basrour
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : François Costa
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Samuel Callé, Vincent Tournat

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ondes sonores

Piézoélectricité

Impédance mécanique

Mots clés libres

Transmission de puissance sans fil

Adaptation d'impédance mécanique

Système multi-Émetteur

Piézoélectricité

Wireless power transfer

Mechanical impedance matching

Multiple input single output

Piezoelectricity

Résumé

Cette thèse s’intéresse à l’utilisation d’onde acoustiques, pour transmettre de l’énergie, sans fil, d’un émetteur vers un récepteur, par exemple pour alimenter et communiquer avec des capteurs enfouis. Cette technique est particulièrement intéressante lorsque les ondes électromagnétiques, largement déployées jusqu’ici, ne sont pas utilisables. Ce travail s’est concentré sur la transmission de puissance électrique d’un côté à l’autre de parois métalliques, qui absorbent les ondes radios et rendent les techniques électromagnétiques conventionnelle inutilisables.Le système est généralement constitué de deux transducteurs piézoélectriques, collés alignés de part et d’autre d’une paroi. Une excitation électrique appliquée sur le premier transducteur piézoélectrique se traduit par sa extension et sa contraction et par conséquent, par l’émission d’ondes acoustiques dans la paroi. Ces ondes se propagent et atteignent le second transducteur piézoélectrique qui convertit cette excitation mécanique en électricité qui peut être utilisée pour alimenter des dispositifs électroniques.L’intérêt et la faisabilité de cette technologie a déjà été prouvée à plusieurs reprises. Dans ce travail, nous nous sommes donc intéressés à améliorer et à faciliter l’utilisation de la transmission de puissance acoustique. Cela est passé par des propositions de modélisation, permettant par exemple, la modélisation d’empilements de transducteurs. Plusieurs nouvelles stratégies ont été étudiées et ont été validées expérimentalement. Notons par exemple, l’étude de l’utilisation de plusieurs émetteurs pour focaliser les ondes acoustiques en différentes zones via un contrôle électronique. Cette solution permet une augmentation très significative de la puissance transmise pour l’alimentation de transducteurs éparpillés et ouvrent de nouvelles perspectives pour la transmission de puissance et la communication acoustique.

This thesis focuses on the use of acoustic waves to transmit energy wirelessly from a transmitter to a receiver, for example to power and communicate with remote sensors. This technique is particularly interesting when electromagnetic waves, widely deployed until now, are not usable. This work focused on the transmission of electrical power from one side to the other of metallic walls, which absorb electromagnetic waves and make conventional electromagnetic techniques unusable.The system is generally composed of two piezoelectric transducers which are glued aligned on both sides of a metallic wall. An AC electrical excitation applied on the first piezoelectric transducer results in its expansion and contraction and consequently, in the emission of acoustic waves in the wall. These waves propagate in the wall and reach the second piezoelectric transducer which converts this mechanical excitation into electricity that can be used to power electronic devices.The interest and feasibility of this technology has already been proven on several occasions. In this work, we studied how to improve and facilitate the use of existing systems. This has been done through new modeling, allowing for example to model transducer stacks. New strategies have been studied and experimentally validated to improve of facilitate the use of acoustic power transfer through metal wall. Let us note for example the study of the use of several transmitters to focus the acoustic waves in different areas via electronic control. This solution allows a very significant increase of the transmitted power for the supply of scattered transducers. It hence opens new perspectives for acoustic power transfer and communication.