Brevet FR2043702A1 — publié le 19710219

La présente invention concerne les convertisseurs acoustiques et plus précisément les convertisseurs piézoélectriques à résonance utilisés dans les dispositifs de détection sous-marine, ainsi que dans les systèmes de liaison sous-marine à gamme de fréquence 5 ultra-sonore montés sur des objets qui se déplacent dans l'eau. On connaît des convertisseurs piézoélectriques à résonance dans lesquels l'élément piézoélectrique et la membrane sont liés aooustiquement entre eux . Dans les convertisseurs mentionnés la membrane est réalisée 10 sous forme d'une plaque plane en contact, direct avec l'élément piézoélectrique, ce qui ne permet pas d'obtenir le contact acoustique requis et de réaliser une membrane d'épaisseur nécessaire pour le travail à grande profondeur . La présente invention a pour but d'éliminer les défauts men-15 tionnés . Elle vise la création d'un convertisseur piézoélectrique à résonance ayant une membrane dont la forme ainsi que la liaison acoustique entre la membrane et l'élément piézoélectrique assureraient le fonctionnement du convertisseur à grande profondeur ain-20 si que l'amélioration des qualités hydrodynamiques du convertisseur monté sur un objet qui se déplace dans l'eau . Le problème est résolu au moyen d'un convertisseur piézoélectrique à résonance comportant un élément piézoélectrique et une membrane liés aooustiquement entre eux, dans lequel, selon l'in-25 vention, la membrane présente une surface sphérique et la liaison . acoustique entre la membrane et l'élément piézoélectrique est réalisée par l'intermédiaire d'un matériau élastique perméable aux sons, par exemple, du caoutchouc . La construction du convertisseur piézoélectrique à résonance 30 proposé permet d'obtenir un diagramme de directivité plus étroit et d'augmenter la résistance mécanique de plus de 1,5 fois en comparaison avec les convertisseurs ayant une membrane plane de même épaisseur que celle de la membrane du convertisseur proposé ainsi que d'augmenter son rendement grâce au contact acoustique 35 requis assuré entre la membrane et l'élément piézoélectrique . L'invention est expliquée par la description qui va suivre d'un exemple concret de son exécution et par le dessin annex.é sur lequel la Figure unique représente le convertisseur suivant l'invention, en coupe longitudinale . 40 Le convertisseur piézoélectrique à résonance, selon l'inven- 70 19378 2 2043702 tion, comprend un corps extérieur 1 se présentant sous la forme d'un cylindre métallique creux.Une membrane 2 à surface sphérique forme un tout avec le corps 1. On choisit l'épaisseur de la membrane 2 en fonction de la fréquence de résonance du convertisseur 5 et de la pression extérieure admissible .La membrane peut être amovible . Dans le corps extérieur 1 se trouve un corps intérieur 3 d'isolement sonore à l'intérieur duquel est monté un élément piézoélectrique 4 lié aooustiquement avec la membrane 2. La liai-10 son acoustique entre l'élément piézoélectrique 4 et la membrane 2 est assurée par l'intermédiaire d'un matériau élastique 5 perméable aux sons . Dans le mode de réalisation représenté on utilise comme tel matériau le caoutchouc dont une couche est obtenue par vulcani-15 sation à froid . Sur le fond du corps 3 se trouve une rondelle élastique 6 destinée à l'isolement acoustique .La connexion électrique de l'élément piézoélectrique 4 avec un câble électrique 7 est assurée par des conducteurs 8 et des connecteurs,9 ► 20 Le contact mécanique requis de l'élément piézoélectrique 4 avec le matériau 5 est assuré par un écrou 10 avec une rondelle 11 qui est, pour empêcher sa rotation, fixée dans des rainures ( non indiquées sur le dessin ) du corps 1 ce qui à son tour assure l'immobilisation de l'élément piézoélectrique 4 empêchant 25 sa rotation . Pour assurer l'étanchéité, sur le corps 1 est monté un couvercle 12 avec une bague d'étanchéité 13en caoutchouc . Le couvercle 12 est doté d'un presse-étoupe 14 par lequel passe le câble 7« 30 Pour le montage étanche du convertisseur proposé sur des objets qui se déplacent dans l'eau le corps 1 est doté de deux gorges dans lesquelles sont placées des bagues en caoutchouc 15. Le principe de fonctionnement du convertisseur proposé est le suivant : 35 lors du fonctionnement du convertisseur en régime d'émission, un signal électrique est appliqué par les conducteurs 8 à l'élément piézoélectrique 4 qui commence à vibrer dans le plan axial avec la fréquence du signal appliqué . L'élément piézoélectrique 4 crée la pression acoustique maximale lorsqu'on lui applique un 40 signal de fréquence égale à la fréquence propre de résonance de 70 19378 3 2043702 l'élément piézoélectrique .Les vibrations créées par l'élément piézoélectrique 4 sont transmises par le matériau élastique -5 perméable aux sons et la membrane 2, au milieu extérieur, c'est-à-dire à l'eau . Le matériau 5 remplit toutes les rugosités de ^ l'élément piézoélectrique 4 ce qui fait que le contact acoustique requis de l'élément piézoélectrique avec le milieu extérieur est assuré. Les contacts acoustique et électrique fiables augmentent le rendement électroacoustique général du convertisseur . Lorsque le convertisseur fonctionne en régime de réception 10 le signal venant du milieu extérieur sous forme de pression acoustique agit sur la membrane 2. Ensuite, par l'intermédiaire du matériau élastique 5 perméable aux sons , le signal arrive à l'élément piézoélectrique 4 qui le transforme en tension électrique à la fréquence du signal reçu . La tension électrique est 15 transmise par les conducteurs 8 et le câble J à 1'appareillage situé sur les objets qui se déplacent dans l'eau ( ces derniers ne sont pas indiqués sur le dessin ). La tension électrique maximale en régime de réception est délivrée lorsque le convertisseur reçoit un signal de fréquence égale à la fréquence propre ( de 20 résonance) de l'élément piézoélectrique 4. Le convertisseur proposé assure une liaison fiable en réception et en émission à une distance de l'ordre de 1500 m la profondeur de plongée du convertisseur pouvant dépasser 1500 m. De plus, l'utilisation d'un matériau élastique 5 perméable aux 25 sons en combinaison avec une membrane sphérique 2 augmente le coefficient de concentration du convertisseur ce qui provoque un accroissement de la pression acoustique en régime d'émission dans le sens axial du convertisseur . 70 19378 4 2043702 REVENDICATION Convertisseur piézoélectrique à résonance comportant un élément piézoélectrique et une membrane lié s aooustiquement entre eux, caractérisé en ce que la membrane (2) a une forme sphérique et la liaison acoustique entre l'élément piézoélectrique (4) et la membrane (2) est réalisée par l'intermédiaire d'un matériau élastique (5) perméable aux sons, par exemple du caoutchouc .