Brevet FR2002307A1 — publié le 19691017

-1- 2002307 L'invention concerne un transducteur servant à convertir des signaux électriques en signaux correspondants de pression de fluide. Plus précisément, l'invention propose un transducteur 5 électrique-fluide comprenant un circuit à fluide à deux étages qui comporte deux amplificateurs à fluide du type à turbulence, la sortie d'un premier amplificateur étant reliée de manière à commander le fonctionnement du deuxième amplificateur lorsque des ondes sonores sont engendrées par un premier cristal piézo-10 électrique commandant le fonctionnement du premier amplificateur à fluide. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée qui va suivre en regard des dessins annexés donnés à titre d'exemple non limitatif sur lesquels : 15 la figure 1 est une vue en plan en coupe partielle mon trant les divers composants de l'appareil selon l'invention, montés dans une enveloppe en forme de boîte; la figure 2 est une coupe partielle suivant la ligne 2-2 de la figure 1 ; 20 la figure 3 est une vue en plan d'un panneau de circuit d'éléments à fluide incorporé à l'appareil suivant l'invention; la figure 4 est une coupe partielle suivant la ligne 4-4 de la figure 3 et montre le panneau de circuit d'éléments à fluide et l'ensemble de plaques de recouvrement qui lui est asso-25 cié; la figure 5 est un schéma de câblage illustrant une commande électrique destinée au transducteur. Comme le montrent les figures 1 et 2, une enveloppe en forme de boîte 10 présente un socle 11 avec lequel font corps 30 des extrémités 12 et 13 et des côtés 14 et 15 et un couvercle 16 fixé de façon amovible aux côtés ^4, 15 par des moyens tels que des vis 17» figure 1. Un ensemble à fluide 18 et un panneau de commande électrique 19 sont montés à une certainedistance l'un de l'autre en position pratiquement parallèle dans l'enveloppe 35 10. L'ensemble à fluide 18 est maintenu en place par une crête 20 prévue sur la surface supérieure du socle 11 comme on le voit surtout sur la figure 2 tandis que le panneau de circuit 19 est inséré de façon coulissante et retenu dans les fentes formées par les saillies opposées 20a de la surface intérieure des extré-40 mités 12 et 13 de l'enveloppe, comme on le voit mieux sur la fi 69 03836 -2- 2002307 gure 1. On considérera maintenant en détail les caractéristiques structurales et fonctionnelles de l'ensemble à fluide 18, en se référant particulièrement aux figures 3 et 4-, l'ensemble 18 com-5 prend essentiellement un circuit à fluide à deux étages comprenant deux amplificateurs à fluide 22 et 23. Ces deux amplificateurs à fluide sont formés par des rainures appropriées disposées sur la surface supérieure 24 d'un panneau principal de circuit d'éléments à fluide 25, cette surface rainurée étant ensuite 10 recouverte et bouchée par une plaque de recouvrement appropriée 26, figure 4. Le circuit à fluide défini en particulier par cette surface rainurée est indiqué sur la figure 3 et comprend une rainure d'entrée d'amenée de fluide 30 creusée dans le panneau 25 et communiquant par une rainure appropriée 31 avec la 15 rainure d'émetteur 35 de l'amplificateur à fluide 22 et communiquant aussi directement avec la rainure d'émetteur 34 de l'amplificateur 23. L'amplificateur 22 comprend une rainure 35 légèrement divergente (telle qu'on la voit sur la_ figure 3), qui définit une chambre d'interaction dont l'extrémité d'amont com-20 mimique avec la rainure d'émetteur 33 tandis que l'extrémité d'aval communique avec un canal d'échappement 36 dirigé obliquement et qui sort finalement en direction longitudinale à travers l'extrémité 37 du panneau de circuit 25. L'extrémité d'aval de la chambre d'interaction communique aussi avec une rai-25 nure de collecteur 40 alignée coaxialement à la rainure d'émetteur 33* L'amplificateur 23 comprend une chambre d'interaction élargie 42 dont l'extrémité d'amont communique avec la rainure d'émetteur 34- tandis que l'extrémité d'aval communique avec les canaux d'échappement 43 et 44 qui sortent à travers l'extrémité 30 37 du panneau de circuit 25. L'extrémité d'aval de cette chambre d'interaction communique aussi avec une rainure de collecteur 45 alignée coaxialement sur la rainure d'émetteur 34. Une rainure de commande 46 communique par une extrémité avec un côté de l'extrémité d'amont de la rainure de chambre d'interaction 35 4-2 tandis que l'autre extrémité communique avec la rainure de collecteur 40 par une rainure 47. Comme le montrent les figures 3 et 4, la profondeur h, figure 4, de la rainure 31, de la rainure d'échappement 36 et de la rainure de chambre d'interaction 35 de l'amplificateur 22 40 est considérablement supérieure à cell$de la rainure d'émetteur 69 03836 -5- 2002307 33 et de la rainure de collecteur 40 associées à cet amplificateur. De même, la profondeur correspondante de la rainure 30, de la chambre d'interaction 42 et des canaux d'échappement 43, 44 de l'amplificateur 23 est très supérieure à celle de la rai-5 nure d'émetteur 34-, de la rainure de commande 46 et de la rainure de collecteur 45 associées à l'amplificateur 23» La configuration de rainures et de canaux indiquée par la figure 3 est approximativement à l'échelle, les longueurs type des rainures de chambre d'interaction 35 et 42 étant chacune de l'ordre de 10 7,9 mm. On a construit un modèle de panneau de circuit dans lequel la section de la rainure d'émetteur 33 présentait une largeur d'environ 0,18 mm et une profondeur de 0,18 mm, tandis que la section de la rainure d'émetteur 34 avait line largeur d'environ 0,38 mm et une profondeur de 0,38 mm. la grandeur de section 15 des rainures de collecteur 40 et 45 étaient pratiquement égales, respectivement, à celles des rainures d'émetteur 33 et 34-. Quand la plaque de recouvrement est fixée de façon étanche au panneau de circuit 25, par exemple par des rivets 48 et un joint 49, les différentes rainures et les différents canaux décrits ci-dessus 20 ont des profils de section pratiquement rectangulaires. L'amplificateur 22 comporte un passage de commande 50 en forme de pavillon pratiqué à travers le panneau de circuit 25 et finissant en un orifice 51 disposé à l'extrémité d'amont de la rainure de chambre d'interaction 35. Les parois latérales 25 52 définissant le passage de commande 50 divergent en arc de manière à former (comme on le voit sur la figure '4) un cornet ou ouverture réceptrice de son profil en forme d'exponentielle, tourné vers l'extérieur. Le côté 14 de l'enveloppe en forme de boîte 10 comporte 30 deux ouvertures appropriées 60, 61, figure 1, à travers lesquelles passent des tuyaux flexibles d'entrée et de sortie de fluide, 62 et 63, accouplés respectivement à des raccords 65 et 66 faisant corps avec l'extérieur de la plaque de recouvrement 26. Ces raccords comportent des passages 67 et 68 (figure 4) qui 35 communiquent respectivement avec la rainure d'amenée 30 et la rainure de collecteur 45, le passage 67 communiquant avec la rainure d'amenée 30 comme indiqué sehématiquemcnt par le trait mixte 70 sur la figure 3, tandis que le passage 68 communique avec la rainure 45 par l'intermédiaire d'un évidement 71 pratiqué 40 dans la surface supérieure 34 du panneau de circuit 25. 69 03836 —4- 2002307 Chacun des amplificateurs 22 et 23 a un fonctionnement monostable. Le mode normal de fonctionnement de chaque amplificateur est tel qu'un jet laminaire de fluide s'écoule de l'émetteur dans le collecteur, de sorte que la pression dans le col-5 lecteur est relativement élevée. Quand un signal approprié est appliqué à l'amplificateur, l'écoulement de fluide dans le jet laminaire devient turbulent et cet écoulement turbulent entre en interaction avec les parois latérales de la chambre d'interaction associée et s'échappe en majeure partie à travers les 10 rainures d'échappement associées de l'amplificateur, de sorte que la pression dans le collecteur reste relativement basse. Ce mode de fonctionnement turbulent se poursuit jusqu'à ce que le signal soit supprimé et l'amplificateur reprend alors son fonctionnement dans le mode laminaire normal mentionné. 15 Dans un évidement cylindrique 74- (figure 4) du panneau 23 est disposé, pratiquement coaxialement au passage 50, un cristal piézoélectrique 75 qui est fixé dans 1'évidement par des moyens tels que le bouton à rebord 76 collé à la surface inférieure (sur la figure 4) du panneau 25. Un tampon en forme 20 de disque 77 de caoutchouc mousse ou matière élastique similaire est monté entre la surface supérieure 7&a du bouton 76 et le cristal 75 de manière à assurer un encastrement convenable du cristal dans 1'évidement 74- mais sans lui appliquer d'effort mécanique. Le panneau 25 comporte deux fentes diamétralement 25 opposées 79 et 78 de manière à permettre le passage des conducteurs électriques 80, 81 qui se relient à des côtés opposés du cristal monté, ces conducteurs étant aussi reliés respectivement aux bornes adjacentes 82 et 83 fixées au panneau 25. Comme on le voit, quand le cristal 75 est excité électriquement aux 30 fréquences appropriées, les ondes sonores engendrées passent par le cornet ou passage en forme d'exponentielle 50 et arrivent dans la chambre d'interaction de l'amplificateur 22 de manière à agir sur l'écoulement de fluide dans celle-ci. On décrira maintenant de façon générale les moyens ser-35 vant à appliquer des signaux électriques au cristal 75, en se référant aux figures 1, 2 et 5. Le panneau de circuit 19 qui comprend les divers composants électriques et connexions indiqués dans le schéma de câblage de la figure 5, est couplé électriquement aux bornes 82 et 83 par lés conducteurs 84 et 85. Sur la 40 figure 5, les bornes d'entrée de circuit 100, 101 sont branchées 69 03836 -5- 2002307 sur une source de tension échelonnée qui pourrait être constituée par la sortie d'un système extérieur de commande électrique, les bornes 100 et 101 sont accouplées à un diviseur de tension réglable 105 de type usuel dont, la sortie commande un multivi-5 brateur à transistors 106 de façon bien connue. Le multivibrateur 106 est couplé à un étage pilote 107 de façon usuelle et la sortie de cet étage pilote est reliée aux conducteurs de cristal 84, 85« Quand une tension de commande échelonnée est appliquée aux bornes 100, 101, la tension prédéterminée appliquée par 10 le diviseur de tension 105 an multivibrateur 106 a pour effet que le multivibrateur, par l'intermédiaire de l'étage pilote 107» excite le cristal 75 à une fréquence désirée. Les composants 106 et 107 se trouvent dans le commerce et peuvent être constitués chacun, par exemple, par un circuit intégré de désignation 15 commerciale "Model nc RTUL9914" (Fairchild Company, Mountain View, Californie;. Dans la présente disposition, le diviseur de tension 105 est réglé de manière à appliquer au cristal 75 une fréquence ultrasonique de signal de l'ordre de 50.000 Hz. On décrira maintenant le fonctionnement du transducteur 20 décrit ci-dessus. On suppose que le tuyau d'amenée de fluide 62, figure 1, est relié à une source de pression appropriée; un fluide (tel que de l'air) s'écoule par les deux canaux d'émetteur 33 et 34, de sorte que l'extrémité dfaval de chacun des émetteurs laisse sortir un jet laminaire de fluide dirigé vers la 25 rainure associée de collecteur 40 ou 45-Mais la pression de fluide plus élevée qui en résulte dans la rainure de collecteur 40 de l'amplificateur 22 engendre un signal de commande ou écoulement de fluide qui passe par la rainure de commande 46 de l'amplificateur 23 de façon que ce dernier prenne un mode de 30 fonctionnement turbulent. Sans excitation du cristal 75» l'état normal de fonctionnement du circuit à fluide suivant l'invention est tel que l'amplificateur 22 reste dans son mode laminaire tandis que l'amplificateur 23 reste dans son mode turbulent. Dans ces conditions normales, la pression de fluide dans le colléc-35 teur 45 de l'amplificateur 23 est relativement faible et, le collecteur 45 étant branché fonctionnellement par l'intermédiaire des passages 70 et 68, il existe aussi une basse pression dans le tuyau de sortie 63. Quand le cristal 75 est excité par l'application de la tension échelonnée de commande aux bornes 100, 40 101, figures 1 et 5, une part efficace des ondes sonores résul 69 03836 -6- 2002307 tantes engendrées par le cristal vibrant 75 passe par le cornet de forme exponentielle 50 et frappe le jet laminaire qui sort de la rainure d'émetteur 33, de sorte que le petit amplificateur 22 passe de son mode laminaire à son mode turbulent dans 5 lequel l'écoulement du jet laminaire devient turbulent et s'échappe^ par le canal d'échappement 36. La chute de pression qui en résulte dans le collecteur 40 et la rainure de commande 46 a pour effet que l'amplificateur 23 passe à son mode laminaire, de sorte que la pression dans le collecteur 45 et le tuyau de 10 sortie 63 devient relativement élevée. Une interruption de la tension de commande met fin à l'excitation du cristal 75 cLe sorte que les amplificateurs 22 et 23 reviennent immédiatement à leurs modes respectifs laminaire et turbulent, décrits plus haut, ce qui fait que la pression de fluide dans le tuyau de 15 sortie 63 est à nouveau relativement faible. Tous signaux de commande sous forme de tension échelonnée appliqués aux bornes 100, 101 (qui peuvent être constituées en fait par une fiche à deux broches 108 comme le montre la figure 1) sont convertis fonctiaonellement en signaux pneumatiques, représentés par les 20 différences de pression de fluide indiquées plus haut, dans le tuyau de sortie 63 du transducteur. 69 03836 2002307 - EEV^DIGATIOffS - 1 - Transducteur servant à convertir des signaux électriques en signaux de pression de fluide et caractérisé par le fait qu'il comprend un circuit à fluide à deux étages qui com- 5 porte deux amplificateurs à fluide du type à turbulence, la sortie d'un premier amplificateur étant reliée de manière à commander le fonctionnement du deuxième amplificateur lorsque des ondes sonores sont engendrées par un premier cristal piézoélectrique commandant le fonctionnement du premier amplificateur à 10 fluide. 2 - Transducteur conforme à la revendication 1, caractérisé par le fait que le circuit à fluide à deux étages est incorporé à un panneau de circuit et que les composants électriques sont montés sur un panneau de circuit électrique, ces deux 15 panneaux étant contenus dans une enveloppe en forme de boîte qui présente des raccordements d'écoulement de fluide servant à conduire le fluide qui arrive au circuit à fluide à deux étages et qui en part, des moyens étant prévus pour relier électriquement les composants électriques à un système électrique exté-20 rieur de commande. 3 - Transducteur conforme à la revendication 2, -caractérisé par le fait que le panneau de circuit à fluide est constitué par un ensemble stratifié, les éléments du circuit à fluide étant formés dans une surface de l'une des couches de manière à 25 être enfermés par une autre couche superposée à cette surface. 4 - Transducteur conforme aux revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que les moyens de conduction d'ondes sonores se terminent par une petite ouverture située près de l'extrémité d'aval de l'émetteur. 30 5 - Transducteur conforme aux revendications 1 à 4, ca ractérisé par le fait que les moyens de conduction d'ondes sonores définissent un passage en forme de pavillon qui converge vers la région située entre l'émetteur et le collecteur. 6 - Transducteur conforme aux revendications 1 à 5, ca-35 ractérisé par le fait que les moyens de conduction comprennent un passage convergent qui présente un profil de section en courbe exponentielle. 7 - Transducteur conforme aux revendications 1 à 6, caractérisé par le fait qu'au moins un des amplificateurs et de 69 03836 -8- 2002307 préférence tous les deux comportent une chambre d'interaction, pratiquement close prévue entre l'émetteur et le collecteur, que les moyens de conduction d'ondes sonores présentent une extrémité qui se termine par une petite ouverture d'une paroi de 5 la chambre d'interaction, auprès de l'extrémité d'aval de l'émetteur, de sorte que les ondes sonores passant par le passage sont dirigées contre le jet laminaire sortant de l'émetteur, et que des moyens sont prévus pour monter le cristal à l'autre extrémité des moyens de conduction d'ondes sonores. 10 8 - Transducteur conforme à la revendication 7» caracté risé par le fait que l'un des amplificateurs ou tous les deux comportent des passages d'échappement permettant de relier simultanément à l'atmosphère l'extrémité d'aval de la chambre d'émetteur. 15 9 - Transducteur conforme à l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé par le fait que les moyens de montage comprennent des moyens élastiques propres à retenir le cristal en souplesse à l'autre extrémité mentionnée du passage. 10 - Transducteur conforme aux revendications 1 à 9» 20 caractérisé par le fait que les composants électriques comprennent un diviseur de tension et un multivibrateur.