Brevet FR2110445A1 — publié le 19720602

L'invention est relative aux transducteurs et concerne plus spécialement les transducteurs à haute fréquence pour sonar. En général, les courbes de répartition d'énergie acoustique de faisceau de sonar à haute fréquence sont déterminées par la forme de la surface des éléments 5 transducteurs utilisés pour transmettre ou recevoir l'énergie acoustique. Les surfaces les plus courantes sont de forme rectangulaire, circulaire ou annulaire. Afin d'obtenir une courbe de répartition d'énergie acoustique de faisceau particulière, en utilisant ces éléments de forme standard, on doit concevoir des montages complexes, faire usage d'une correction de phase et d'amplitude ou uti-10 liser des réflecteurs. Ces techniques sont de plus en plus difficiles au fur et à mesure que les fréquences augmentent et deviennent alors extrêmement coûteuses. Le but de la présente invention est d'éviter les inconvénients cités ci-dessus. Pour ce faire, l'invention consiste en un dispositif transducteur ayant une surface active pour la transmission et/ou la réception d'une énergie acoustique, 15 le long d'un axe acoustique, le dit élément développant une certaine courbe d'énergie acoustique d'un faisceau où la réponse acoustique diminue par rapport au dit axe acoustique selon la dite courbe de répartition d'énergie du faisceau, un matériau absorbant acoustique ayant une impédance acoustique sensiblement égale à celle du milieu dans lequel opère le dit dispositif et disposé par rapport à 20 la dite surface active de manière à absorber une partie de l'énergie acoustique transmise vers l'avant pour modifier la dite courbe de faisceau afin de réduire la réponse en dehors de l'axe sur une zone déterminée en avant de la dite surface active. L'invention sera mieux comprise en se référant à la description ci-après d' 25 une réalisation préférée donnée à titre d'exenqsle 7aux dessins annexés. Sur ces dessins: - La figure 1 représente un engin à transducteur situé dans un environnement classique sous-marin. - La figure 2 est une vue de face de l'engin à transducteur de la figure 1 30 qui illustre le problème classique rencontré. - La figure 3 est un diagramme polaire de la courbe de répartition de l'énergie acoustique de faisceau associée au transducteur placé sur l'engin représenté aux figures 1 et 2. - La figure U représente m transducteur réalisé suivant l'invention et 35 - La figure 5 est un diagramme polaire :1e la courbe de répartition d'énergie acoustique de faisceau pour le transducteur de la figure k. Bien q\ie 3a présente invention puisse être utilisée dans diverses réalisations, le transducteur sera décrit en fonction des utilisations en tant que sonar et en particulier en tant tus sonar à visée latérale prévu pour équiper, par V3 exemple, m engin sous-marin. bad original^ 71 36935 ^ 2110445 Dans les installations de sonar à visée latérale, un transducteur allongé transmet, en réponse à un signal électrique, un signal porteur l'énergie acoustique vers le fond de la mer qu'il heurte sur une étendue, extrêmement réduite. Les réflexions issues de cette étendue réduite sont reçues par le jiême transdue-5 teur ou par un transducteur semblable qui transforme le signal acoustique en un signal électrique. Des transmissions successives sont effectuées pendant que le sous-marin progresse le long d'un itinéraire ez tout au long de cette progression, un équipement de traitement sensible aux signaux électriques issus du transducteur fournit une information qui reproduit un aspect du fond de la mer cor" 10 respondant à chaque signal transmis qui a été réfléchi. L'ensemble des informations donne une image semblable à celle obtenue sur un écran de télévision du fait que toute la scène est constituée d'une série de balayages parallèles où chaque balayage est la reproduction d'un signal transmis et réfléchi à partir d' une étendue extrêmement réduite du fond de la mer. 15 La figure 1 représente un engin sous-marin 10 se déplaçant au-dessus du fond 12 d'une masse d'eau. La tourelle 14 de l'engin sous-marin 10 est munie d' un transducteur 16 du type pour sonar à visée latérale qui opère pour transmettre des signaux acoustiques latéralement par rapport à l'engin 10 et pour ensuite recevoir les signaux acoustiques réfléchis venant du fond 12. Pour des vites-20 ses d'opération très faibles, le transducteur 16 peut comporter un élément transducteur qui agit à la fois comme un émetteur et comme un récepteur, alors que pour des vitesses à!opération plus élevées on prévoit un élément transducteur pour la transsiissic.. et -.ir- élément transducteur pour la réception. La figure 2 illustre un problème classique pouvant se présenter avec ce 25 genre d'équipement, A titre d'exemple, un seu.1 transducteur 16 du type pour s>_-nar à visée latérale est représenté à la figure 2 bien qu'un autre ensemble pourrait être placé du côté opposé de la tourelle 1U. La ligne H est une ligne horizontale destinée à être utilisée comme référence et la ligne A est l'axe acoustique du transducteur 16. L'énergie acoustique 30 maximum est transmise ou reçue le long de l'axe acoustique et la sensibilité a-coustique du transducteur diminue lorsqu'on s'écarte de l'axe en fonction d'une certaine courbe de répartition d'énergie de faisceau. Lorsqu'un transducteur 16 est convenablement excité, ion faisceau de signaux acoustiques est transmis et une portion de celui-ci heurte, cor,ime indiqué par la 35 trajectoire 20, le pont de l'engin 10 d'où elle est réfléchie, suivant la trajectoire 20', vers la surface 22 de l'eau et de là elle est éventuellement réfléchie suivant la trajectoire 20" pour aboutir sur un point donné du fond 12. La trajectoire 2b est déviée par le pont de l'engin 10 suivant une trajectoire 2b' avant de heurter le fond 12. Il est donc visible que certains des signaux acous-i 1+0 tiques du faisceau émis doivent, à cause de réflexions indésirables, parcourir bad original 71 36935 3 2110445 un plus long trajet que d'autres signaux heurtant directement le fond de la mer. Si le signal réfléchi a conservé suffisamment d'énergie lorsqu'il touche le fond de la mer, il peut en résulter une présentation erronée, suivant laquelle des objets particuliers apparaissent sur l'image en des endroits plus éloignés qu' 5 ils ne le sont réellement. Passé certaines profondeurs, un signal acoustique réfléchi par la surface 22 de l'eau aura parcouru une trajectoire relativement longue dans l'eau ce qui fait que son énergie sera complètement dissipée au moment où il touche le fond 12. Dans ce cas, le transducteur ne recevra aucune énergie réfléchie par le 10 point d'impact du fond de la mer, de niveau suffisamment élevé pour donner une information d'image, alors que les signaux déviés par le pont suivant la trajectoire 2k' peuvent garder suffisamment d'énergie pour donner des indications fausses. L'énergie acoustique des signaux transmis suivant la trajectoire 20 ou suivant la trajectoire 2k par rapport à l'énergie acoustique des signaux-trans-15 mis le long de l'axe A peut se voir à la figure 3 représentant dans un diagramme polaire, une courbe de répartition d'énergie classique d'un faisceau d'un transducteur du type pour sonar à visée latérale, bien que les principes évoqués soient applicables à d'autres types de transducteur. A la figure 3, les cercles concentriques tracés autour d'un point d'origine 20 représentent la pression sonore acoustique relative et les rayons représentent les directions angulaires de transmission. Le cercle extérieur représente la pression sonore acoustique normalisée. Cette réponse maximum est désignée: 0 db (db = décibel). Le cercle voisin représente une valeur de pression sonore inférieure et est désigné -10 db, c'est-à-dire inférieur de 10 db. Les cercles con-25 centriques qui suivent, de rayon de plus en plus petit, représentent des intensités sonores proportionnellement moindres. La courbe 28 de répartition d'énergie acoustique de faisceau pour le transducteur considéré ici, possède un maximum d'intensité (zéro db) le long de l'axe acoustique A et diminue progressivement en intensité au fur et à mesure que la déviation angulaire par rapport à 1' 30 axe acoustique A augmente. Par exemple, à - 20° en dehors de l'axe acoustique A, la réponse acoustique est approximativement inférieure de 2 db et, à - 70°, la réponse est inférieure de 10 db. La partie de droite du diagramme ne porte aucun tracé vu qu'aucune énergie acoustique conséquente n'est transmise ou reçue dans ces directions. 35 L'intensité acoustique ou pression sonore des signaux transmis suivant les trajectoires 20 et 2k par rapport à celle des signaux transmis suivant l'axe a-coustique A, peut être déterminée en se référant à la courbe de répartition d' énergie 28 de la figure 3. La courbe de répartition d'énergie 28 étant orientée de manière que l'axe acoustique A coïncide avec l'axe acoustique A de la figure ^0 2 et disposée dans le plan du papier, on peut voir que la trajectoire 20 est 71 36935 2110445 dirigée suivant un angle d'environ - 60° et que la trajectoire 2h est dirigée suivant un angle d'environ -50°. Suivant la courbe de répartition d'énergie 28, l'intensité correspondant à un angle de -60° est inférieure de 6 db par rapport à l'intensité maximum. Bien qu'elle soit un peu inférieure à l'intensité maximum, 5 elle en est assez proche pour que suffisamment d'énergie acoustique puisse être transmise (ou reçue) suivant cette direction pour qu'il puisse en résulter des informations erronées. La présente invention permet de supprimer ou de réduire sensiblement ces transmissions indésirables en modifiant la courbe de répartition d'énergie en 10 dehors de l'axe de réponse sur une zone prédéterminée, et à cette fin, il y a lieu de se référer à la figure U. Un transducteur 30 possède une semelle 32 pour son montage sur un engin tel que celui représenté à la figure 1. Des saillies 35 sont prévues pour s'enfoncer dans des ouvertures préalignées, pratiquées dans l'engin 10 pour assurer l'orien-15 tation correcte du transducteur. Ce dernier est fixé sur le dit engin 10 par des attaches traversant des trous 37 pratiqués dans la semelle 32. Le transducteur comporte un élément transducteur Uo ayant une surface active h2 pour la transmission et/ou la réception d'énergie acoustique. Pour plus de clarté, les électrodes habituellement prévues, qui sont du type classique pour 20 un tel transducteur, n'ont pas été représentées. Dans la réalisation représentée, le transducteur est du type pour sonar à visée latérale dont la surface active est susceptible d'avoir une longueur de plus de 100 A, X étant la longueur d'onde de la fréquence de fonctionnement dans le milieu dans lequel le transducteur opère. Comme exemple d'élément transducteur pouvant être utilisé, il faut 25 citer le titanate de barium qui est relativement cassant. Du fait que le titana-te de barium est relativement cassant, l'élément transducteur est constitué de plusieurs éléments kk disposés bout à bout le long d'une ligne droite ou le long d'une ligne courbe. Lorsque le transducteur est alimenté normalement, il n'y a que la surface 30 active h2 qui radie de l'énergie acoustique, mais il y a également la surface arrière h6 qui tend à en faire autant. Afin d'absorber cette énergie acoustique transmise par l'arrière, on a prévu un matériau absorbant acoustique 50 ayant une impédance acoustique sensiblement égale à celle du milieu environnant dans lequel opère l'engin 10. Un transducteur du type pour sonar a visée latérale mu-35 ni d'un tel matériau absorbant acoustique est décrit dans le brevet US. 3 359537. Dans ce brevet, le matériau absorbant entoure l'arrière et s'étend jusqu'aux surfaces latérales de l'élément actif pour s'arrêter à peu de distance de la surface active frontale. Dans la présente invention, on a prévu un matériau absorbant acoustique du type déjà cité disposé, par rapport à la surface active U2, U0 de manière à absorber une partie de l'énergie acoustique transmise ou reçue, 71 36935 5 2110445 afin de modifier la courbe de répartition d'énergie acoustique du faisceau pour réduire la réponse en dehors de l'axe sur une zone prédéterminée en avant de la surface active. A la figure ù, une portion 52 du matériau absorbant acoustique 50 s'avance sous là surface active b2. 5 La portion 52 du matériau absorbant acoustique a pour effet de réduire la réponse acoustique, comme indiqué à la figure 5, où la courbe de répartition d' énergie acoustique du faisceau tracée en trait plein est celle du transducteur de la figure U et où, à titre indicatif pour la comparaison, la courbe de répartition de la figure 3 a été tracée en traits interrompus. Seul le quadrant infé-10 rieur gauche a été modifié. Le quadrant supérieur gauche peut également être modifié en faisant avancer le matériau absorbant acoustique qui se trouve derrière la surface active h2 jusqu'à la partie supérieure de celle-ci. Dans l'exemple de la figure 2, l'énergie acoustique transmise suivant un angle de -60°, telle que figurée par la trajectoire 20, tombait d'environ 8 db. 15 Grâce à l'agencement représenté à la figure 45 et en se référant à la courbe de répartition 55 de la figure 5, on peut constater que la réponse pour ce même angle de -60° tombe d'environ 32 db, ce qui représente une atténuation importante. Avec la trajectoire 2h de la figure 2, correspondant à un angle de -50°, la réponse acoustique tombe de 6 db. L'agencement de la figure 4 fournit une courbe 20 de répartition d'énergie acoustique suivant laquelle la réponse tombe d'environ 28 db dans les mêmes conditions. Cette réduction importante de la réponse acoustique donne l'assurance que l'énergie acoustique transmise suivant un angle négatif supérieur à celui correspondant à la trajectoire 2k sera réduite dans des proportions telles qu'elle sera dissipée au cours du temps nécessaire pour at-25 teindre la cible et si tel n'est pas le cas, l'énergie réfléchie ne sera pas détectable. De même, avec la courbe de répartition d'énergie acoustique 55s l'énergie réfléchie par la cible n'aura que peu d'effet ou pas d'effet du tout sur le fonctionnement si elle est reçue à partir de cette même zone par rapport à 1' axe acoustique. 30 Divers matériaux absorbants acoustiques peuvent être utilisés en fonction de la fréquence de fonctionnement. Pour un transducteur du type pour sonar à visée latérale classique, le matériau absorbant acoustique 50 peut être du caoutchouc butylique et, pour augmenter l'absorption de l'énergie acoustique, des particules d'aluminium peuvent être dispersées dans le caoutchouc. Le transduc-35 teur 30 est complété par une couche en matériau de protection 60 appliquée sur le matériau absorbant acoustique et sur les parties exposées des éléments V+ pour mettre l'ensemble à l'abri des effets de l'eau de mer. Afin d'empêcher une diffraction engendrant des discontinuités, le matériau 6û doit avoir la même impédance acoustique que le milieu dans lequel l'engin opère. 71 36935 6 2110445 REVENDICATIONS. 1. Dispositif transducteur caractérisé en ce qu'il comprend un élément transducteur ayant une surface active pour la transmission et/ou la réception d'une énergie acoustique le long d'un axe acoustique, le dit élément étant associé à 5 une certaine courbe de répartition d'énergie acoustique de faisceau où la réponse acoustique diminue par rapport au dit axe acoustique selon la dite courbe, un matériau absorbant acoustique ayant une impédance acoustique sensiblement égale à celle du milieu dans lequel opère le dit dispositif et disposé par rapport à la surface active de manière à absorber une partie de l'énergie acoustique 10 transmise vers l'avant pour modifier la dite courbe de répartition d'énergie a-fin de réduire la réponse en dehors de l'axe sur une zone déterminée en avant de la dite surface active. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément transducteur comporte une partie active ayant en plus de la dite surface active, 15 des surfaces arrière et latérales, le dit matériau absorbant acoustique s'étendant autour de la dite surface arrière jusqu'aux dites surfaces latérales et s* avançant vers l'avant de la dite surface active le long d'au moins une de ces surfaces latérales. 3. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément 20 transducteur est constitué de plusieurs éléments actifs disposés bout à bout le long d'une ligne. h. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend un matériau de protection ayant une impédance acoustique sensiblement égale à celle du milieu dans lequel le dispositif opère, le dit matériau de protection recou-25 vrant le dit matériau absorbant et la partie exposée du dit élément actif. 5. Appareil sonar comportant un engin porteur muni d'un dispositif transducteur suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dit transducteur est monté sur le dit engin dans une position suivant laquelle l'énergie acoustique transmise et/ou reçue par le dit transducteur devrait normale-30 ment heurter une partie du dit engin porteur pour être réfléchie par celle-ci, le dit matériau absorbant acoustique du transducteur étant placé pour réduire la dite énergie acoustique qui devrait normalement heurter la dite partie du dit engin porteur.