Brevet FR2010892A1 — publié le 19700220

La présente invention concerne une ligne å retard ultrasonore comprenant un cristal anisotrope pourvu des transducteurs d'entrée et de sortie sur ses faces externes. Les cristaux de certains matériaux, tels que le quartz, présentent une anisotropie dans leur coefficient ther masque de la vitesse avec laquelle les ondes ultrasonores les traversent. Ainsi, les coefficients thermiques de vitesse pour des ondes différemment orientées sont, en général, différents. Un exemple d'un tel comportement est montré par la figure 6.I3 de l'ouvrage "Piezo-electric Crystals and Ultrasonics de W.P. Mason (Van Nostrand, New-York, 1950) pour du quartz taillé selon la direction Y. Cette figure montre que les variations du coefficient thermique de vitesse en fonction des variations de la direction de l'onde ultrasonore engendrent à la fois des directions qui ont un coefficient thermique positif et des directions qui ont un coefficient athermique négatif (etaumoinsunedirectionquiaun coefficienttherKque Eal à zer'). Onseit tailler convenablement un filtre comportant un cristal de quartz de façon que la direction de propagation des ondes ultrasonores le traversant suive la direction d'un coefficient thermique égal à zéro, le résultat de cette opération étant que le filtre est sensiblement indépendant de la température. La présente invention concerne une ligne à retard ultrasonore dont le retard est sensiblement indépendant de la température dans une large gamme de cette dernière. Selon l'invention, une ligne à retard ultrasonore comprend un cristal anisotrope pourvu de transducteurs d'entrée et de sortie sur ses faces externes, lesdites faces et ledit cristal étant orientés de façon qu'un trajet pour les vibrations ultrasonores existe, à travers le cristal, du transducteur d'entrée vers le transducteur de sortie, ce trajet comprenant une réflexion sur une face du cristal, une portion ou des portions de ce trajet présentant un coefficient thermique de retard positif pour les vibrations ultrasonores, tandis qu'unie portion ou des portions dudit trajet présentent un coefficient de retard négatif pour lesdites vibrations, le produit du coefficient de température de la portion ou des portions à coefficient positif et du retard dans ladite ou lesdites portions étant sensiblement égal au produit du coefficient de température de la ou des portions à coefficient négatif et du retard dans cette ou ces portions, de sorte que le coefficient thermique de retard le long du trajet total soit sensiblement égal à zéro. De préférence, le trajet comporte des réflexions sur la première et la seconde face du cristal, ces faces présentant la propriété qu'un enlèvement de matière sur elles entrain respectivement des variations positives ou négatives du coefficient thermique de retard le long du trajet total. Si cela est, l'ajustement des positions des deux faces peut être effectué pour rendre optimaux à la fois le retard total le long du trajet et l'annulation du coefficient thermique global. La description qui va suivre en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut entre réalisée. Les figures 1, 2 et 3 montrent trois modes de réalisation conformes à l'invention. Le monocristal de quartz 1, montré par la figure 1, est taillé pour former une ligne dont le retard est de l'ordre de 50 microsecondes. Ses axes cristallographiques sont orientés comme il est indiqué sur la figure. Un transducteur d'entrée 2 à mode de cisaillement (qui peut aussi être en quartz) est disposé sur une face externe du cristal 1, tandis qu'un transducteur de sortie 3 de même type (qui peut également être en quartz) est disposé sur l'autre face externe. Un trajet 4 pour vibrations ultrasonores existe, à travers le cristal depuis le transducteur 2 jusqu'au transducteur 3. Ce trajet comporte des réflexions sur les faces 5, 6 et 7 du cristal. Il comprend aussi des portions 8 ayant un coefficient thermique de vitesse positif pour les ondes ultrasonores et des portions 9 ayant un coefficient négatif.Les portions 8 et 9 ont des temps de retard égaux et le cristal est orienté de façon que les coefficients positif et négatif le long du trajet soient égaux. Ainsi, le produit du coefficient positif et du retard total des portions-8 est égal au produit du coefficient négatif et du retard total des portions 9. Ainsi, le retard total, le long du trajet 4, est ensiblement indépendant de la température. Dans le mode de réalisation montré par la figure 2, on a indiqué par les mêmes références les éléments semblables à ceux de la figure 1. Le monocristal de quartz 1 montré par la figure 2 est orienté comme il est indiqué, ce qui entraîne que le coefficient thermique de retard négatif pour les- ondes ultrasonores, le long de la portion de trajet 9, est six fois plus grand que le coefficient positif dans la portion 8. Ainsi, le retard dé la portion 8 est rendu six fois plus grand que le retard de la portion 9, de façon à donner un retard, le long du trajet total 4, qui soit sensiblement indépendant de la température. Dans le mode de réalisation montré par la figure 3, les composants identiques à ceux montrés par les figures 1 et 2 portent les mêmes références. Cette figure montre une ligne à retard agencée de façon à engendrer un retard d'environ 30 microsecondes. Comme sur la figure 1, le trajet 4 subit des réflexions sur trois faces 5, 6 et 7 du cristal de quartz. Les produits du retard dans les portions 8 du trajet 4 et de leurs coefficients de température positifs sont rendus également sensiblement égaux aux produits du retard des portions 9 du trajet 4 et de leurs coefficients négatifs, de sorte que le retard total, le long du trajet 4, entre.le transducteur 2 et le transducteur 3 est sensiblement indépendant de la température. Les configurations de toutes les lignes à retard montrées par les figures sont obtenues par calcul afin qu'elles présentent les propriétés requises, c 'est-à-dire une longueur de trajet à travers le cristal i qui donne un retard requis et qui a un coefficient de température égal à zéro. Par exemple, le calcul donne les positions requises des transducteurs 2 et 3 dans le mode de réalisation de la figure 3. En pratique, on a trouvé que les ajustements finals sont nécessaires pour le retard et pour le coefficient de température global; à cette fin, on remarquera que, dans le mode de réalisation de la figure 3, la face 5 n'est voisine que des portions 8 du trajet 4 à coefficient thermique positif, tandis que la face 7 n'est voisine que des portions 9 à coefficient négatif. Des calculs simples ont montré que les ajustements définitifs du coefficient de température et du retard de ce mode de réalisation peuvent être obtenus en formant la ligne pour qu'elle donne initialement un retard légèremen plus grand qu'il n'est nécessaire, ce retard étant ensuite réduit à la valeur optimale par rodage mécanique des faces 5 et 7, de façon que la quantité de matière enlevée à chacune d'elles permette d'obtenir un coefficient thermique égal à zéro. Le retard total peut être ajusté en modifiant, en haut ou en bas, de maniè- re géométrique la forme de base de la ligne à retard. On sait que les cristauxanisotrope tels que ceux mis en oeuvre dans les lignes à retard conformes à l'invention, sont normalement biréfringents, c'est-à-dire qu'un transducteur 2 acoustique à onde de cisaillement, disposé sur une face du cristal 1 de façon que les-déplacements-de particules dans le transducteur (et donc dans le cristal) forment un angle arbitraire avec les axes du cristal, entrasse la formation de deux ondes dans le cristal, chacune d'elles suivant un trajet propre. Ceci n'est pas souhaitable et peut être éliminé en orientant de façon appropriée le transducteur (et donc lesdits déplacements) par rapport aux axes du cristal, ce qui produit effectivement une onde de cisaillement polarisée qui n'est pas doublement réfractée. Ainsi, dans le mode de réalisation de la figure 3, les déplacements de particules dans le transducteurs 2 s'effectuent dans le plan XZ (la direction X étant perpendiculaire au plan du dessin) mais, en général, ne sont pas paralleles à l'une ou l'autre des directions X ou Z. En général, donc, les déplacements de particules ont une composante dans les deux directions X et Z et chacune d'elles engendre une onde ayant son trajet propre dans le cristal 1.Pour éliminer l'une de ces ondes, le transducteur 2 peut être orienté de façon que, par exemple, les déplacements de particules aient lieu exactement dans la direction X, supprimant ainsi l'onde qui serait engendrée par un déplacement dans la direction Z. Le taux de suppression obtenu dépend de la précision avec laquelle la direction de déplacement des particules peut être définie par rapport aux axes du cristal et ceci dépend, en définitive, des tolérances mécaniques que l'on peut obtenir. Dans tous les modes de réalisation décrits ci-dessus, si la ligne à retard est formée de quartz ou d'une autre matière à effet d'électrostriction, les transducteurs 2 et 3 peuvent être formés uniquement par des électrodes disposées sur les faces correspondantes de la ligne, la matière de cette ligne pouvant être utilisée elle-même comme matière a effet d'électrostriction du transducteur. REVENDICATIONS 1.- Ligne à retard ultrasonore comprenant un cristal anisotrope pourvu de transducteurs d'entrée et de sortie sur ses faces externes, lesdites faces et ledit cristal étant orientés de façon qu'il existe un trajet pour les vibrations ultra- sonores, à travers le cristal, depuis le transducteur d'entrée jusqu'au tranducteur de sortie, ce trajet comportant une réflextn sur une face dudit cristal, une portion ou des portions de ce trajet présentant un coefficient thermique positif de retard pour les vibrations ultrasonores et une portion ou des portions dudit trajet présentant un coefficient thermique de retard négatif pour lesdites vibrations, le produit du coefficient thermique de la ou des portions à coefficient positif et du retard de cette portion ou de ces portions étant sensiblement égal au produit du coefficient thermique de la portion ou des portions à coefficient négatif et du retard de cette portion ou de ces portions, de sorte que le coefficient thermique de retard, le long du trajet complet, soit sensiblement égal à zéro. 2.- Ligne à retard selon la revendication 1, dans laquelle le trajet comprend des réflexions sur une première et une seconde face du cristal, ces faces présentant la propriété que, lorsqu'on leur enlève respectivement de la matière, le coefficient de température du retard le long du trajet complet change dans un sens positif ou dans un sens négatif. 3.- Ligne à retard selon la revendication 1, dans laquelle le cristal est un monocristal de.quartz.