FR2581282A1 - Transducteur electromagnetique cylindrique a vibrations transversales - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN TRANSDUCTEUR ELECTROMECANIQUE CYLINDRIQUE. ELLE SE RAPPORTE A UN TRANSDUCTEUR QUI COMPORTE UNE COUCHE INTERNE ET UNE COUCHE EXTERNE 11, 14 LIEES RIGIDEMENT L'UNE A L'AUTRE. DES ELECTRODES METALLIQUES ELECTRODEPOSEES A L'INTERIEUR ET A L'EXTERIEUR PROVOQUENT DES ALLONGEMENTS ET DES CONTRACTIONS DIFFERENTES DES DEUX COUCHES SI BIEN QUE LE CYLINDRE PRESENTE DES VIBRATIONS TRANSVERSALES, AVEC DES NOEUDS DE VIBRATIONS DONT LA POSITION DEPEND DE LA FREQUENCE. APPLICATION AUX TRANSDUCTEURS ACOUSTIQUES ET AUX POMPES DE FLUIDES BIOLOGIQUES.

Description

La présente invention concerne un transuiacteur

électromécanique cylindrique à vibrations transve;,sales.

Plus précisément, l'invention concerne un cylindre creux ayant deux couches liées l'une à l'autre, c'est-à-dire un cylindre placé dans un cylindre. L'un des cylindres au moins est formé d'un matériau piézoélectrique polarisé dans le sens de l'épaisseurs L'utilisation d'un cylindre dans un cylindre évite pratiquement toute vibration en direction longitudinale, suivant l'axe du cylindre, et les vibrations symétriques sont reçues ou émises radialement par rapport à l'axe du cylindre. Ce type de configuration permet l'obtention d'une sensibilité élevée. En outre, la fréquence mécanique de résonance peut être inférieure à celle des dispositifs piézoélectriques cylindriques

classiques de longueur et de diamètre semblables. L'utili-

sation de deux constituants cylindriques permet la spécifi-

cation de la même fréquence mécanique de résonance des vibrations transversales pour diverses dimensions du cylindre. Dans une variante mettant en oeuvre un arrangement d'éléments analogues à des douves, le fonctionnement d'un transducteur peut être décalé et/ou commandé d'après la connexion électrique ou l'excitation des éléments

piézoélectriques places à l'intérieur du transducteur.

En outre, le noeud de vibration peut être modifié par addition de capuchons d'extrémités, la fréquence

de résonance diminuant.

On a déjà utilisé des transducteurs électromé-

caniques fonctionnant suivant les principes piézoélectriques

sous de nombreuses formes et depuis de nombreuses années.

Des transducteurs bimorphes sont formés de deux plaques ou couches séparées d'un matériau piézoélectrique. Les deux couches sont disposées physiquement et excitées électriquement d'une manière telle qu'une couche se dilate pendant que l'autre se contracte. Le résultat est la production de contraintes contraires dans le matériau si bien que la structure composite fléchit. On peut obtenir la meme action dans une moindre mesure par collage d'une couche unique d'un matériau piézoélectrique à une couche ou plaque non piézoélectrique. Des transducteurs composites

de ce type sont couramment appelés transducteurs trans-

versaux à plaque plane. Certaines des configurations les plus connues de ces transducteurs transversaux sont (1) de longues plaques rectangulaires qui fléchissent

en mode longitudinal, (2) des plaques carrées dans les-

quelles le centre se déplace par rapport aux quatre coins, et (3) des plaques circulaires dans lesquelles le centre se déplace par rapport au bord périphérique. Toutes ces

configurations ont une structure plane.

Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 4 220 887

décrit un transducteur en couches de forme générale cylin-

drique, mais une fente longitudinale empêche les vibrations

symétriques. En outre, des bandes 20 limitent les vibra-

tions radiales du transducteur, ce fonctionnement étant

le mode fondamental mis en oeuvre selon l'invention.

Le transducteur décrit dans ce document est destiné à limiter des aéplacements circonférentiels, contrairement

à la présente invention.

Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 3 215 078

décrit le pompage d'un fluide entre des cristaux piézoélec-

triques 11 et 13. Il n'existe aucune liaison rigide entre la première et la seconde couche d'un cylindre creux,

comme cela est nécessaire selon la présente invention.

Le document ne met pas en oeuvre de vibrations symétriques (radiales) comme la présente invention, et chaque cristal indiqué dans le document peut se dilater et se contracter indépendamment même - suivant toute sa longueur. Selon l'invention, des variations de longueur entre les couches

sont contrecarrées car les couches sont liées rigidement.

En conséquence, des noeuds de vibrations indiqués dans

la suite peuvent être obtenus.

Aucun des documents cités ne concerne un trans-

ducteur cylindrique à double paroi ayant des couches

rigidement liées et travaillant en mode transversal.

En outre, aucun des documents cités ne décrit la réalisation

de vibrations symétriques autour de l'axe du cylindre.

L'invention concerne un transducteur cylindrique

à vibrations transversales.

L'invention concerne aussi un transducteur électromécanique piézoélectrique formé d'un cylindre à deux couches ayant au moins l'une des couches d'un

matériau piézoélectrique polarisée dans le sens de l'épais-

seur, des électrodes étant fixées aux faces interne et externe du matériau piézoélectrique afin qu'elles reçoivent

ou émettent des signaux électriques.

En outre, l'invention concerne un transducteur cylindrique à vibrations transversales ayant des couches interne et externe liées rigidement. L'une des couches au moins est un matériau céramique piézoélectrique polarisé dans le sens de l'épaisseur. Le matériau piézoélectrique a des électrodes fixées aux faces interne et externe et destinées à transmettre des signaux provenant du matériau piézoélectrique ou à lui transmettre des signaux. Le transducteur vibre seulement en direction radiale autour de l'axe cylindrique et forme des vibrations de type symétrique du fait de la liaison rigide et des différences

entre les allongements et les contractions longitudinaux.

Dans un autre mode de réalisation, le cylindre externe peut être formé d'un métal ou d'un autre matériau

non piézoélectrique. Le cylindre externe empêche la vibra-

tion suivant son axe longitudinal du matériau piézoélec-

trique interne polarisé car la liaison entre les deux cylindres transforme les déplacements longitudinaux en déplacements transversaux. Les cylindres.interne et externe

annulent les vibrations suivant l'axe longitudinal.

L'avantage du procédé de construction selon l'invention par rapport aux autres procédés de construction de transducteurs acoustiques de type cylindrique est

que le mode transversal de fonctionnement permet l'obten-

tion d'un transducteur ayant une sensibilité très élevée et une fréquence de résonance réduite, pour une dimension

matérielle relativement petite.

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Lorsque le transducteur est utilisé comme source, un signal électrique de fréquence et d'amplitude convenables

est transmis aux électrodes de la couche céramique piézo-

electrique active (ou des deux couches céramiques piézo-

e électriques le cas échéant) de manière que les deux couches soient excitées, le cylindre composite présentant alors une dilatation et une contraction radiales. Lorsque le

transducteur est utilisé comme récepteur, le signal acous-

tique détecté applique une onde de pression ou une autre forme d'excitation vibratoire à l'extérieur du cylindre, provoquant ainsi une expansion et une contraction mécaniques du cylindre à la suite de l'excitation appliquée. La dilatation et la contraction du cylindre donnent un signal électrique correspondant qui est disponible aux électrodes

de la couche ou des couches céramiques piézoélectriques.

Des capuchons rigides d'extrémités peuvent être appliqués aux extrémités du cylindre afin qu'ils limitent le mouvement des extrémités et augmentent ainsi le mouvement au centre

du cylindre.

Dans un autre mode de réalisation, l'une des deux couches de matériau céramique piézoélectrique ou les deux couches peuvent être segmentées d'une manière analogue aux douves d'un tonneau, chacun des segments

ayant ses propres électrodes.

Grâce à l'utilisation de la configuration segmen-

tée, un transducteur cylindrique à vibrations transversales à plusieurs sections peut être réalisé afin qu'il constitue un long transducteur cylindrique. Ce transducteur résout des problèmes connus de construction et de polarisation de longs éléments céramiques piézoélectriques minces ayant une longueur d'environ 15 cm. Chaque section active d'une longue structure cylindrique peut être formée par des segments disposés autour de l'axe du cylindre. Ces sections peuvent être arrangées en lignes ordonnées ou décalées afin que les modes vibratoires axiaux soient éliminés. Un transducteur cylindrique transversal de n'importe quelle longueur peut être réalisé en sections sans qu'il faille utiliser des éléments céramiques actifs

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sur toute la longueur des segments.

L'invention concerne aussi la disposition d'une série de transducteurs cylindriques transversaux séparés places le long de l'axe commun afin que des liquides incompressibles soient pompes.

D'autres caractéristiques et avantages de l'in-

vention ressortiront mieux de la description qui va suivre,

faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une perspective d'un transducteur à vibrations transversales de forme cylindrique; la figure 2 est une coupe du transducteur de la figure 1 suivant la ligne 2-2, représentant en traits interrompus les vibrations des parois du cylindre; la figure 3 est une coupe agrandie d'une partie de la paroi cylindrique représentée sur la figure 2; la figure 4 est une coupe d'un autre mode de réalisation de transducteur cylindrique à vibrations transversales, les traits interrompus représentant les vibrations des parois cylindriques; -_ la figure 5 est un diagramme synoptique d'une installation mettant en oeuvre un transducteur cylindrique à vibrations transversales comme source et comme récepteur; la figure 6 est une perspective' éclatée d'une

variante de transducteur cylindrique à vibrations trans-

versales, ayant un arrangement de segments analogues

aux douves d'un tonneau, constituant le matériau piézo-

électrique, le transducteur étant en mode de réception; la figure 7 est une vue de bout de la figure 6 suivant les flèches 7; la figure 8 est une coupe partielle agrandie de la figure 7, suivant la ligne 8-8; et la figure 9 est une vue de bout du transducteur de la figure 6, suivant les flèches 7, mais représentant

los connexions électriques réalisées en mode de projection.

La figure 1 représente schématiquement un trans-

ducteur cylindrique à vibrations transversales portant la référence générale 10. Le cylindre 10 a deux couches 12 et 14, la couche interne 12 étant fixée à la couche cxterne 14 afin que l'ensemble forme un cylindre 10 en une seule piece. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 1, les deux couches 12 et 14 sont constituées d'un matériau céramique piézoélectrique et sont polarisées en sens opposé dans le sens de l'épaisseur comme l'indiquent les flèches A et B. La figure 2 est une coupe de la figure 1. La construction du transducteur cylindrique à vibrations transversales 10 représentée sur la figure 1 en perspective et en coupe sur la figure 2, peut être mieux comprise d'après la coupe agrandie d'une partie de la paroi du cylindre représentée sur la figure 3. La couche céramique piézoélectrique interne 12 est fixée rigidement à la couche céramique piézoélectrique externe 14 par un agent convenable 16 de liaison. Cet agent 16 peut être une colle époxyde ou un autre élément convenable. Une colle

époxyde chargée d'argent assure une bonne connexion élec-

trique entre les surfaces adjacentes des couches 12 et 14.

Des électrodes 18 et 20 sont électrodéposées aux faces interne et externe des parois du transducteur cylindrique comme représenté sur la figure 3. Les électrodes 18 et 20 sont formées d'un matériau conducteur convenable destiné à émettre ou recevoir des signaux électriques échangés avec les couches céramiques piézoélectriques 12 et 14. Ni l'agent 16 de liaison ni les électrodes 18 et 20 n'ont une épaisseur notable pouvant perturber les

vibrations du transducteur cylindrique 10. Comme l'épais-

seur des couches d'agent adhésif 16 et des électrodes 18 et 20 est très faible, on ne les a pas représentés sur les figures 1 et 2, et l'épaisseur a été exagérée sur

la figure 3 à titre illustratif.

On considère maintenant les figures 2 et 3 ensemble et -on note que, lorsqu'un signal électrique de fréquence et d'amplitude convenables est appliqué aux électrodes 18 et 20, les parois cylindriques vibrent

par contraction et dilatation, autour de noeuds 22 et 24.

Les contractions et dilatations sont représentées par les traits interrompus 26. L'emplacement des noeuds 22 et 24 correspond au quart de la distance à partir des extrémités 28 et 30 du transducteur cylindrique 10. En pratique, l'emplacement des noeuds 22 et 24 peut être à une distance de l'extrémité respective 28, 30 inférieure

d'un ou deux pour cent au quart de la longueur.

Le transducteur cylindrique 10 à vibrations transversales décrit précédemment en référence aux figures 1 à 3 est un transducteur acoustique qui peut être utilisé comme générateur ou comme détecteur d'ondes acoustiques dans un fluide. Les deux couches 12 et 14 sont réalisées de manière que la couche 12 soit assemblée très près de la couche 14 et ait une longueur égale ou légèrement plus courte. La longueur, l'épaisseur de paroi et le diamètre du transducteur cylindrique 10 affectent la plage des fréquences de fonctionnement et la sensibilité

du transducteur 10.

Les polarisations des couches du cylindre céra-

mique peuvent être de même sens ou de sens opposés, comme

représenté sur les figures 1 et 2. Lorsque les polarisa-

tions sont de sens opposés, la connexion électrique est réalisée avec l'électrode interne 18 de la couche 12 et

l'électrode externe 20 de la couche 14 (voir figure 3).

Lorsque les polarisations sont de même sens, une connexion électrique est formée entre les électrodes 18 et 20 et l'autre connexion électrique est formée avec une électrode non représentée, contenue dans l'agent de liaison 16. Dans Le premier cas de sens opposés de polarisation, la connexion au transducteur cylindrique 10 peut être représentée par une connexion électrique série. Dans le second cas des polarisations de même sens, les connexions électriques peuvent être représentées par une connexion électrique parallèle. Dans une variante, la couche 12 ou la couche 14 peut être remplacée par un matériau inactif, par exemple un métal, une céramique non polarisée ou un verre. L'un des modes de réalisation les plus avantageux est tel ]d la couche externe 14 est remplacee par un cylindre mictallique qui peut assurer la protection contre les champs électriques parasites externes et qui constitue

aussi un ensemble mécanique robuste. Ceci est particu-

lièrement vrai lorsque les capuchons d'extrémités 32 et

34 sont placés aux deux extrémités 28 et 30 du transduc-

teur cylindrique 10 à vibrations transversales tel que représenté sur la figure 4. On note en particulier que la couche 14 décrite en référence aux figures 1 à 3 a été

remplacée par une couche 36 d'un matériau métallique.

La figure 4 représente aussi les dilatations et les contrac-

tions des parois cylindriques, schématiquement indiquées par les traits interrompus 38, lorsque les capuchons

d'extrémités 32 et 34 sont fixés au transducteur 10.

Il faut noter que les traits interrompus 38 (ainsi que les traits interrompus 26 de la figure 2) représentent

sous forme très exagérée le mouvement des parois cylin-

driques, à titre purement illustratif.

La disposition des capuchons 32 et 34 à chaque extrémité 28 et 30 du transducteur cylindrique 10 provoque un déplacement des noeuds 22 et 24 comme indiqué sur la figure 2, à une position adjacente aux capuchons 32 et 34, les nouveaux noeuds étant repérés par les références et 42. La comparaison des figures 2 et 4 indique que l'amplitude de la dilatation et de la contraction en direction radiale par rapport à l'axe du transducteur

augmente par utilisation des capuchons 32 et 34.

Dans le mode de réalisation des figures 1 à 3 ou dans celui de la figure 4, il n'existe pratiquement aucune

vibration longitudinale, suivant l'axe du transducteur 10.

Les flexions provoquées par les forces piézoélectriques dans les couches respectives 12 et 14 (ou 12 et 36 sur la figure 4) ont tendance à donner une dilatation et une contraction radiales essentiellement symétriques du cylindre. Comme la première et la seconde couche sont fixées rigidement l'une à l'autre, Ies changements de longueur d'une couche rencontrent la résistance opposée par les changements de longueur de l'autre couche. Ceci provoque l'apparition de vibrations plus importantes

entre les points nodaux.

Lorsque la couche céramique piézoélectrique 14 est remplacée par une couche métallique 36 comme repré-

senté sur la figure 4, la fréquence de résonance du trans-

ducteur cylindrique 10 diminue étant donné la plus faible rigidité du métal. Ceci est obtenu lorsque les couches

14 et 36 ont une même épaisseur. Dans un mode de réalisa-

tion utilisé en pratique, la couche 36 a une épaisseur d'environ 1,6 mm et la couche 12 une épaisseur d'environ

1,25 mm. L'épaisseur de l'agent 16 de liaison et l'épais-

seur des électrodes 18 et 20 sont négligeables. Dans un mode de réalisation utilisé, le diamètre du transducteur cylindrique à vibrations transversales est d'environ cm et la longueur d'environ 10 cm. Avec ces dimensions,

la fréquence de résonance était de 18 kHz.

Dans un mode de réalisation tel que représenté

sur la figure 1, l'utilisation de deux cylindres piézo-

électriques de même épaisseur (tels que les couches 12 et 14) donne une fréquence de résonance plus élevée

que celle du transducteur comprenant un cylindre piézo-

électrique et un cylindre métallique de meme épaisseur (tels que les couches 12 et 36) comme représenté sur la figure 4. L'addition des capuchons 32 et 34 d'extrémités

réduit la fréquence de résonance.

Les capuchons 32 et 34 représentés sur la figure

4 doivent être en contact électrique avec la couche métal-

lique 36 afin que le transducteur cylindrique 10 ait une bonne protection électrique. -En-- outre --la--couche céramique piézoélectrique 12 doit être légèrement plus courte afin qu'elle ne soit pas en contact électrique avec les capuchons 32 et 34. De plus, l'agent 16 de liaison qui doit être placé entre les couches 12 et 36 de la figure 4, doit être un matériau non conducteur. L'agent 16 de liaison peut aussi être placé entre les extrémités de la couche 12 et les capuchons 32 et 34 afin qu'il assure l'isolement électrique. Les électrodes 18 et 20 sont formées par électrodéposition des deux côtés de la couche 12, mais ni l'électrode 18 ni l'électrode 20 n'est en contact électrique avec le métal. de la couche 36 ou des capuchons 32 et 34. Evidemment, une connexion convenable doit être réalisée avec l'un des capuchons 32 et 34 pour la connexion électrique des électrodes

18 et 20.

On se réfère maintenant à la figure 5 qui est un diagramme synoptique d'un appareil de mesure acoustique mettant en oeuvre un transducteur cylindrique protégé à vibrations transversales tel que représenté sur la figure 4. Un générateur 44 d'ondes sinusoïdales de type déclenché

et à fréquence variable transmet un signal à un ampli-

ficateur 46 de puissance. Celui-ci a par exemple une impédance de sortie d'environ 1 kR. Dans l'amplificateur de

puissance 46, l'onde sinusoïdale du générateur 44 à fré-

quence variable est amplifiée puis transmise à un transduc-

teur source blindé (ou projecteur) 48. Le blindage, repré-

senté par les traits interrompus 50, est en réalité cons-

titué par les capuchons métalliques 32 et 34 d'extrémités et la couche métallique 36 comme indiqué précédemment en référence à la figure 4. Les vibrations des parois du cylindre (comme décrit précédemment en référence à la figure 4) provoquent la transmission d'ondes vibratoires dans le milieu acoustique 54. Un exemple de tel milieu

acoustique 54 est l'eau.

Les ondes vibratoires 52 sont reçues par le transducteur récepteur blindé 56, son blindage étant représenté par les traits interrompus 58. Ce blindage 58 peut aussi être constitué par les capuchons d'extrémités 32 et 34 et la couche 36 comme indiqué- précédemment en référence à la figure 4. Un préamplificateur 60 qui a par exemple une impédance d'entrée d'environ 10 MS est aussi contenu dans le blindage 58. Ce préamplificateur 60 amplifie

le signal avant sa transmission par une connexion conve-

nable formée dans l'un des capuchons 32 et 34 vers un

dispositif convenable d'affichage 62.

1 1 Uin cxemple d'arrangement formeé selon le mode de réaLisation des figures 4 et 5, a mesuré les vibrations

dans une formation souterraine par création d'une perturba-

tion dans un sondage, par exemple, lors du forage d'un puits de pétrole. Les ondes réfléchies peuvent etre mesu- rées, avec utilisation de fenêtres convenables, afin qu'elles donnent une certaine idée des caractéristiques de la formation souterraine. Un autre mode de réalisation dans lequel une installation du type représenté sur la figure 5 peut être utilisée est la détection sous-marine ou la transmission de signaux acoustiques, par exemple

dans l'océan ou d'autres masses d'eau.

Dans un autre mode de réalisation de transducteur cylindrique à vibrations transversales tel que représenté

sur la figure 4, la région interne du transducteur cylin-

drique est remplie d'un fluide incompressible 64. Lorsqu'un signal d'excitation est appliqué, les contractions et

dilatations radiales comme indiqué par les traits inter-

rompus 38, provoquent une expulsion ou une inspiration du fluide incompressible 84 avec création d'une onde acoustique émise. Etant donné la nature incompressible du fluide 84, les parties centrales des capuchons 32 et 34 fléchissent vers l'intérieur ou vers l'extérieur à la suite des contractions et des dilatations des parois du cylindre. (La flexion des capuchons 32 et 34 n'a pas

été représentée sur la figure 4). Grâce à cette configura-

tion particulière, lorsqu'une vibration est reçue suivant l'axe du cylindre, elle provoque la mise en vibration des capuchons 32 et 34, en leur milieu, et cette vibration peut être transmise aux parois du cylindre étant donné la nature incompressible du fluide 64. -Ceci permet la réception d'une vibration acoustique soit radialement soit suivant l'axe du cylindre. Bien que les parois du

cylindre ne se dilatent ou ne se contractent pas longitu-

dinalement, les vibrations acoustiques sont reçues par l'un des capuchons 32 et 34 ou par les parois du cylindre,

les vibrations étant représentées par les traits inter-

rompus 38.

i2

i,i transmission de signaux électriques au trans-

*.c;:ei- p-rui.ât aJssi la création de vibrations dans un milieu acoustique qui émet à la fois radialement, par les vibrations 38 représentées sur la figure 4, et suivant l'axe du transducteur par vibration des capuchons 32

et 34 d'extrémités (non représentés sur la figure 4).

On se réfère maintenant aux figures 6, 7 et 8 qui représentent une variante de transducteur cylindrique céramique 10 à vibrations transversales. La couche externe du matériau métallique 36 et les capuchons 32 et 34 sont tels que décrits en référence à la figure 4. Il faut noter que le capuchon 32 a une ouverture convenable blindée 66 par laquelle les connexions électriques sont réalisées avec un câble 38. Cependant, la couche interne 12 du matériau céramique tel que décrit en référence aux figures 1 à 4, a maintenant été remplacée par des bandes céramiques piézoélectriques 70 qui sont disposées comme des douves d'un tonneau. Comme l'indique la figure 8 qui est une

coupe agrandie de l'une des douves et de la paroi cylin-

drique des figures 6 et 7, la bande céramique piézoélec-

trique 70 est polarisée dans le sens indiqué par la flèche de la figure 8. Des électrodes 72 et 74 sont déposées de part et d'autre de la bande céramique piézoélectrique 70. Celle-ci et les électrodes 72 et 74 sont fixées à la couche céramique 36 par un agent non conducteur de liaison 76. L'épaisseur des électrodes 72 et 74 et celle

de l'agent de liaison 76 ont été exagérées pour la simpli-

fication de la représentation.

Les figures 6 et 7 montrent comment les électrodes 72 et 74 de la bande piézoélectrique correspondante 70

sont réalisées. Le préamplificateur 60 (décrit précédem-

ment en référence à la figure 5) est relié à deux des électrodes 72 et 74 par des fils 78. La connexion entre

les électrodes séparées 72 et 74 et les bandes piézoélec-

triques séparées 70 est représentée schématiquement sur les figures 6 et 7, chaque bande 70 et les électrodes respectives 72 et 74 étant raccordées en série par des fils 84. Le préamplificateur 60 est relié au câble 38

par des fils 80.

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La configuration des figures 6 et 7 convient parfaitement comme transducteur qui reçoit des signaux acoustiques. Grâce à la connexion série, une impédance

électrique élevée d'entrée est établie avec une sensibi-

lité accrue en tension vis-à-vis des signaux reçus, tels

que les ondes vibratoires 52 représentées sur la figure 5.

La plus grande sensibilité en tension est très souhaitable

dans le cas d'un transducteur récepteur.

On se réfère maintenant à la figure 9 qui repré-

sente le même type de transducteur cylindrique à vibrations transversales en forme de douves de tonneau, déjà décrit en référence aux figures 6 à 8, mais la connexion des bandes céramiques piézoélectriques est modifiée afin que les bandes forment un arrangement parallèle, les

fils 86 et 88 et le préamplificateur étant supprimés.

Il faut noter que l'arrangement parallèle est raccordé à un câble externe par des fils 82. Le mode de réalisation de la figure 9 constitue un transducteur projecteur blindé tel que représenté schématiquement par la référence 48,

le blindage étant repéré par la référence 50 sur la figure 5.

La connexion réalisée comme indiqué sur la figure 9,

c'est-à-dire en parallèle, est avantageuse pour un trans-

ducteur source étant donné sa faible impédance électrique.

Dans de nombreuses applications des transduc-

teurs électromécaniques, il est souhaitable que l'impédance mécanique du transducteur soit adaptée à l'impédance mécanique du milieu acoustique dans lequel le signal acoustique est transmis. Il est aussi souhaitable que l'impédance électrique des transducteurs soit adaptée aux impédances des circuits d'excitation et de réception respectifs. Grâce à la configuration décrite précédemment

et notamment à l'arrangement en douves de tonneau repré-

senté sur les figures 6 à 9, les impédances mécanique et électrique d'un transducteur cylindrique à vibrations

transversales peuvent être adaptées à divers milieux acous-

tiques, avec simultanément spécification de la fréquence de résonance mécanique. Toute combinaison de connexions

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raral16e et série peut être utilisée afin qu'ellescorres-

pondent à l'impédance électrique des circuits électriques. On peut utiliser des procédés d'adaptation d'impédance mécanique tels que

l'utilisation de matériaux plus épais, plus longs ou différents pour le transducteur cylindrique à vibrations transversales. Lorsque l'impédance mécanique

du transducteur source est adaptée à celle du milieu, l'ef-

ficacité et le transfert d'énergie sont maximaux.

Un autre mode de réalisation d'arrangement à douves de tonneau décrit en référence aux figures 6 à 9

met en oeuvre un cylindre externe beaucoup plus long.

Les bandes céramiques piézoélectriques peuvent former un arrangement uniforme comme représenté sur la figure 6, plusieurs arrangements étant placés sur toute la longueur du plus long cylindre externe, ou pouvant être décalés

autour du cylindre plus long, les bandes céramiques piézo-

électriques étant en butée jusqu'à ce que la partie interne du cylindre soit totalement recouverte de l'arrangement

des douves.

Dans un autre mode de réalisation de l'invention, une série de cylindres (sans les capuchons 32 et 34) peut être disposée sous forme d'un arrangement en cascade, c'est-à-dire d'un arrangement de dispositifs séparés montés en série afin que l'effet de chaque dispositif individuel soit multiplié, ou un même cylindre ayant un arrangement en forme de douves peut être monté en cascade en direction longitudinale. Dans un tel arrangement, grâce à l'utilisation d'orifices réduits à une extrémité, une vibration peut être lancée à une première extrémité de l'arrangement en cascade et la synchronisation convenable

des vibrations ultérieures le long du transducteur cylin-

drique allongé à vibrations transversales permet un mou-

vement ondulatoire du fluide, si bien que des fluides peuvent être pompés le long du cylindre allongé. Ceci est particulièrement utile pour le pompage des fluides biologiques tels que le sang car il est souhaitable qu'un fluide biologique ne soit pas frappé par des roues ou des IS_ pistons qla ass.it.> 'action de pompage. Grâce à une synchronisat un corivenable, la séquence ondulatoire créée par une première extrémité de l'arrangement en cascade progresse sur tEóte la longueur du cylindre allonge, des ondes ulterie-res,.. propageant de même en assurant

un effet de pompage.

RL;VENDlCATIONS 1. fTransducteur électromecanique, caractérisé en ce qu'il comprend: un cylindre creux (10) ayant des parois formées d'une première et d'une seconde couche (12, 14), l'une au moins des première et seconde couches étant formée d'un matériau piézoélectrique polarisé dans le sens de l'épaisseur afin que ce matériau se dilate ou se contracte en direction longitudinale lorsque les signaux électriques lui sont appliqués, des électrodes métalliques (18, 20) fixées aux faces internes et externes du matériau piézoélectrique, la première couche étant liée rigidement à la seconde couche par un agent de liaison (16), des fils reliés aux électrodes métalliques

et destinés à recevoir ou à transmettre des signaux élec-

triques lorsque les électrodes métalliques reçoivent les signaux électriques, le matériau piézoélectrique se dilatant ou se contractant en direction longitudinale et provoquant des vibrations symétriques du cylindre creux uniquement en direction radiale par rapport à l'axe

longitudinal du cylindre, et, lorsque les signaux acous-

tiques sont reçus, ces signaux acoustiques faisant vibrer symétriquement le cylindre creux en direction radiale et provoquant la dilatation ou la contraction du matériau piézoélectrique en direction longitudinale si bien que le matériau piézoélectrique crée les signaux électriques transmis par les électrodes métalliques, la première et la seconde couche (12, 14) ayant

des dimensions telles qu'elles donnent des signaux élec-

triques ou acoustiques approximativement maximaux, des

noeuds (22, 24) et des ventres étant formés par les vibra-

tions symétriques, et les vibrations symétriques étant provoquées par la liaison rigide formée entre la première et la seconde couche et par les différences de dilatations ou

de contractions longitudinales.

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2. Transducteur selon la revendication 1, caracté-

risé en ce qu'il comprend en outre des ca 'Ions d'extré-

mités (32, 34) fixés à chaque extrémité du cylindre creux, les capuchons rapprochant les noeuds (40, 42) de vibrations vers eux.

3. transducteur selon la revendication 1, caracté-

risé en ce que l'une au moins des première et seconde couches (36) est formée d'un matériau métallique, celui-ci se trouvant à l'extérieur du matériau piézoélectrique, la liaison (16) formée entre les deux couches étant constituée d'un agent de liaison non conducteur de l'électricité,

empêchant le passage du courant électrique.

4. Transducteur selon la revendication 2, carac-

térisé en ce qu'il est rempli d'un fluide relativement incompressible (84) afin que les signaux acoustiques reçus par les capuchons d'extrémités provoquent la mise

en vibration de ces capuchons le long dudit axe, ce phéno-

mène provoquant à son tour une vibration radiale symétrique

des parois du cylindre par rapport à l'axe, ou inversement.

5. Transducteur selon la revendication-4, caracté-

risé en ce que l'impédance mécanique est réglable par réglage de l'épaisseur ou de la longueur, afin qu'elle soit adaptée à l'impédance acoustique d'un milieu de propagation, le rendement de couplage de l'énergie et

la largeur de bande de travail étant alors maximaux.

* 6. Transducteur selon la revendication 1, carac-

térisé en ce qu'il comprend une série d'éléments trans-

ducteurs placés en butée le long d'un axe central, un

fluide (84) étant placé à l'intérieur, les éléments trans-

ducteurs étant montés en cascade et étant synchronisés afin qu'ils créent un mouvement ondulatoire à l'intérieur assurant le pompage du fluide avec un mouvement ondulatoire rythmique, à la suite des contractions et des dilatations

de la série de transducteurs.

7. Transducteur selon l'une des revendications 1

et 2, caractérisé en ce que le matériau piézoélectrique est segmenté et forme un arrangement analogue aux douves d'un tonneau, chaque segment (70) étant fixé à la couche externe de la première et de la seconde couche du cylindre creux, chaque segment ayant des électrodes métalliques séparées fixées aux faces interne et externe du matériau piézoélectrique.

8. Transducteur selon la revendication 7, carac-

térisé en ce que chaque segment (70) de matériau piézoélec-

trique est câblé en parallèle par le dispositif de connexion (88) afin qu'il ait un rendement maximal sous forme d'un

transducteur source.

9. Transducteur électromécanique selon la revendi-

cation 7, dans lequel chaque segment (70) de matériau piézoélectrique est monté en série par un dispositif de connexion (84) donnant un rendement maximal sous forme

d'un récepteur.

10. Transducteur selon la revendication 7, caractérisé en ce que le dispositif de connexion est câblé de diverses manières afin que l'impédance électrique soit adaptée à l'impédance électrique des circuits source

ou réce;)zeur.

11. Transducteur selon l'une des revendications

1 et 2, caractérisé en ce que la première et la seconde couche (12, 14) sont réalisées avec une épaisseur, une

longueur, un diamètre et un matériau assurant une adapta-

tion de l'impédance mécanique à l'impédance mécanique

d'un milieu acoustique.

12. Transducteur selon la revendication 7, caractérisé en ce que la couche externe des première et seconde couches est formée d'un métal conducteur de l'électricité (36) et des capuchons d'extrémités (32, 34) fixés aux extrémités du cylindre creux sont formés d'un

métal conducteur de l'électricité, les capuchons d'extré-

mités étant reliés électriquement à la couche externe

afin que l'intérieur du cylindre soit blindé.

13. Transducteur selon la revendication 7, caractérisé en ce que la couche externe (36) de la première et de la seconde couche du cylindre creux a une longueur supérieure à celle des segments individuels (70), les segments étant en butée les uns contre Les autres afin qu'ils soient disposés pratiquement sur tout ingueur

du cylindre creux.

14. Transducteur électromécanique, caractérisé en ce qu'il comprend: un cylindre creux (10) ayant des parois formées d'une première et d'une seconde couche (12, 14), celles-ci étant formées d'un matériau piézoélectrique polarisé dans le sens de l'épaisseur afin que le matériau se dilate ou se contracte en direction longitudinale lorsque des signaux électriques lui sont appliqués, des électrodes métalliques (18, 20) liées aux faces interne et externe du matériau piézoélectrique, la première couche étant liée rigidement à la seconde couche par un agent de liaison (16), des fils connectés aux électrodes métalliques

afin qu'elles reçoivent ou transmettent des signaux élec-

triques, lorsque les électrodes métalliques reçoivent les signaux électriques, le matériau piézoélectrique faisant vibrer symétriquement le cylindre creux uniquement en direction radiale par rapport à l'axe longitudinal du cylindre, et, lorsque les signaux acoustiques sont reçus, les signaux acoustiques faisant vibrer symétriquement le cylindre creux en direction radiale si bien que le matériau piézoélectrique crée des signaux électriques transmis par les électrodes métalliques, les électrodes métalliques (18, 20) étant à

la face interne du cylindre et à la face externe du cylin-

dre, les polarisations de la première et de la seconde couche ayant des directions radiales et des sens opposes, des connexions électriques avec les électrodes métalliques formant un arrangement série convenant à un fonctionnement en transducteur récepteur, des vibrations symétriques étant provoquées par la liaison rigide entre la première couche et la seconde couche et par les différences de dilatations

ou de contractions longitudinales de ces couches.

2O 15. Transducteur électromécanique, caractérisé Once qu'il comprend: un cylindre creux (10) ayant des parois formées d'une première et d'une seconde couche, la première et la seconde couche (12, 14) étant formées d'un matériau piézoélectrique polarisé dans le sens de l'épaisseur afin que le matériau piézoélectrique se dilate ou se contracte en direction longitudinale lorsque des signaux électriques lui sont appliqués, des électrodes métalliques (18, 20) fixées aux faces interne et externe du matériau piézoélectrique, la première couche étant liée rigidement à la seconde par un agent de liaison (16), des fils connectés aux électrodes métalliques

afin qu'ils reçoivent ou transmettent les signaux élec-

triques, lorsque les électrodes métalliques reçoivent les signaux électriques, le matériau piézoélectrique faisant vibrer symétriquement le cylindre creux uniquement en direction radiale par rapport à l'axe longitudinal du cylindre creux, et, lorsque les signaux acoustiques sont reçus, les signaux acoustiques faisant vibrer symétriquement le cylindre creux en direction radiale si bien que le

matériau piézoélectrique crée des signaux électriques trans-

mis par les électrodes métalliques, les électrodes métalliques (18, 20) étant à la face interne du cylindre creux et àla face externe du cylindre creux et entre les couches, les polarisations de la première et de la seconde couche étant en sens opposés, une première connexion électrique à l'électrode métallique étant placée entre les couches et une autre

connexion électrique aux électrodes métalliques étant.

placée à l'intérieur et à l'extérieur des couches afin

qu'un arrangement électrique parallèle convenant à un trans-

ducteur source soit formé, des vibrations symétriques étant provoquées par la liaison rigide entre la première et la seconde couche et

par les différences de dilatations et de contractions lon-

gitudinales des couches.