Brevet FR2114999A1 — publié le 19720707

211499$ L'invention est relative aux transducteurs ultrasonores destinés à transformer en vibrations mécaniques des tensions électriques dont les fréquences sont comprises de préférence entre 20 kHz et 200 MHz ou inversement. 5 Elle vise plus spécialement, parmi ces disposi tifs, ceux du type électrostatique, c'est-à-dire comprenant un condensateur à deux armatures susceptibles de vibrer séparées l'une de l'autre par un diélectrique de faible épaisseur chargé électrostat iquement, l'une de ces deux armatures étant mise en 10 contact avec le milieu dans lequel se propagent les ondes ultrasonores à émettre et/ou" à recevoir et les deux armatures étant connectées à un circuit électrique d'émission et/ou de réception;" Elle a pour but, surtout, de rendre ce"s dispositifs tels qu'ils répondent mieux que jusqu'à ce jour aux diverses 15 exigences de la pratique, notamment en ce qui concerne la largeur de la bande de fréquences exploitée. Les dispositifs du genre enquestion conformes à l'invention sont caractérisés en ce que d'une part le diélectrique placé entre les armatures du condensateur est, diune façon 20 connue en soi dans le domaine des fréquences acoustiques, chargé éleetr&etatiquement en permanence par un traitement préalable et •: en ce que d'autre part, une tension continue extérieure est ap-- pliquée entre ces armatures dans le sens inverse de celle qui a servi à charger le diélectrique de façon telle que les deux champs 25 électrostatiques créés respectivement par la charge permanente du diélectrique et par cette polarisation extérieure s'ajoutent. Dans des modes de réalisation avantageux, le diélectrique est constitué par une feuille mince solide dont 1'é-paisseur est comprise entre 3 et 70 microns,.feuille séparée cfes 30 deux armatures qui l'enserrent par de très minches couches d'air dues à la présence d'irrégularités sur les faces en regard de cette feuille et de ces armatures « ' L'invention comprend, mises à part ces dispositions principales, certaines autres dispositions qui ^utilisent 35 de préférence en même temps et dont il sera plus explicitement question ci-après. Dans ce qui suit, l'on va décrire un mode de réalisation préféré de l'invention en se référant au dessin 70 41766 2 2114999 ex—annexé d'une manière bien entendu non limitative. Ira figure 1 , de ce dessin, montre schématiquement au cours de sa charge un condensateur électrique apte à équiper un dispositif transducteur ultrasonore conforme à l'invention. Et la figure 2 montre sdiématiqùement le dispositif transducteur ultrasonore en question équipé dudit condensateur. D'une façon connue en soi, le transducteur comprend un condensateur composé de deux plaques ou feuilles conductrices 1 et 2 (qui peuvent éventuellement être constituées par des revêtements conducteurs de plaques ou feuilles non conductrices) maintenues écartées l'une de l'autre par interposition d'une feuille diélectrique mince 3» une très mince couche d'air 4 étant réservée automatiquement entre chaque face de la feuille 3 et la face conductrice en regard du fait des irrégularités inévitables de ces faces. Ce transducteur comprend en outre,d'une façon également connue en soi, des moyens pour créer dans la feuille diélectrique un champ électrostatique continu. En général ces moyens sont constitués par une source de tension continue extérieure. Dans certains autres t ransducteurs du genre en question, fonctionnant dans la gamme des fréquences audibles, c'est-à-dire inférieures à 20 kHz, il est connu d'utiliser des feuilles diélectriques 3 chargées préalablement en permanence par application d'une tension électrique continue de valeur relativement élevée aux bornes de deux armatures 1 et 2 enserrant ces feuilles t l'utilisation de telles feuilles à charges électrostatiques, appelées "électrets", asmplace alors la polarisation extérieure, ce qui peut être avantageux pour certaines applications telles que la prothèse auditivei Ces deux modes d'excitation de la feuille diélectrique, respectivement par polarisation extérieure et par utilisation d'élec— trets, s'excluaient apparemment l'un l'autre; les inventeurs ont eu l'idée de les combiner, dans un transducteur destiné à fonctionner aux fréquences ultrasonores : - en utilisant comme diélectrique un électret, c'est-à-dire une feuille préalablement chargée de manière permanente, -et en appliquant de l'extérieur sur les armatures du condensateur ayant cet électret pour diélectrique une .tension continue dont la polarité est inverse de la tension qui a sei^ri à polariser 1'électret t de la sorte les champs électrostatiques 70 41766 2114999 crées da'is les couches d'air 4 qui séparent la feuille 3 des armatures 1 et 2 en regard, champs-dus respectivement à la charge permanente de l'électret et à 1*> polarisation extérieure s'ajoutent. 5 la valeur de cette tension électrique continue extérieure est choisie la plus élevée possible sous réserve : - que d'une part le champ électrostatique à l'intérieur de la. feuille diélectrique 3 soit inférieur au champ de rupture de ce diélectrique, 10 - et que d'autre part le champ électrostatique dans les .couches d'air 4 interposées entre la' feuille 3 et les armatures 1 et 2 soit inférieur au potentiel d'ionisation de ces couches d'air0 On constate qu'avec une telle excitation combinée, 15 non seulement on n'observe pas de "dépolarisation" de l'électret comme on aurait pu le craindre, mais encore le transducteur obtenu fonctionne avec une bande passante extrêmement large, ce qui présente des avantages considérables pour un certain nombre d'applications telles que : - - -20 - les transmissions ultrasono-res à distance de signaux électriques sans distorsion, ce qui permet notamment de conserver avec netteté le front avant des impulsions sonar en améliorant ainsi la précision des mesures correspondantes, - les communications ultrasonores à modulation 25 de fréquence, ce qui permet notamment 3a réalisation de téléphones sous-marins. Sur la figure 1, on voit le ooidensateur au cours de la phase de charge préalable de sa feuille diélectrique 3 : la source de tension continue extérieure est représentée en 5q 30 Sur la figure 2, le transducteur équipé de ce condensateur préalablement chargé est en état de marche. la source 5 y est/remplacée'_p=ir une source 6 de tension continue dont le branchement sur-les -armatures 1 et 2 est effectué en sens inverse de celui de la source "5 précédente0 35 la valeur de cette tension doit respecter les conditions indiquées ci-dessus. • les armatures. 1 et 2 s'ont également reliées, par l'intermédiaire d'un condensateur cfe découplage 7» à'des ensembles d'émission 8 et de réception 9»-." " 40 L'ensemble d'émission 8 est propre à appliquer BAD ORIGINAL* 70 41766 211499$ sur les armatures 1- et 2 la tension à fréquence élevée que l'on désire transformer en ondes ultrasonores. Un self 10 protège de cette fréquence élevée la source 60 Le feuille 3 peut être constituée en tout matériau diélectrique désirable tel que notamment un polypropylène, un polystyrène, un polycarbonate, un mica ou l'une des matières plastiques oonnues sous les désignations commerciales Mylar, Té-flon, Kapton, Bakélite... A titre purement illustratif et bien entendu aucunement limitatif de l'invention, on indique ci-après quelques précisions concernant un mode de réalisation de celle-ci ayant donné satisfaction dans une gamme de fréquences comprise entre 100 kHz et 200 MHz : - le diélectrique 3 était constitué par une feuille de polypropylène épaisse de 10 microns, - la polarisation préalable de cette feuille était obtenue en appliquant entre s es (feux faces une t ension de 1200 Y pendant 5 minutes, - la tension de polarisation extérieure Y^ appliquée ensuite au cours du fonctionnement, en sens inverse de la tension Y^, arait une valeur légèrement inférieure à 400 Y, - le transductëur obtenu présentait, pour une fréquence de travail de 20 MHz, une bande passante de + 10 MHz. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de œ qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés ; elle en embrasse au contraire toutes les variantes. •BAD ORIGINAL 70 41766 2114999 REVERDICATIONS 1o Transducteur ultrasonore du type électrostatique comprenant un condensateur à deux armatures susceptibles de vibrer séparées l'une de l'autre par un diélectrique de faible épaisseur chargé électrostatiruenent, l'une de ces deux armatures étant mise en contact avec le milieu dans lequel se propagent les ondes ultrasonores à émettre et/ou à recevoir' et les deux armatures étant connectés à un circuit électrique d'émission et/ou de réception, caractérisé en ce que d'une part le diélectrique placé entre!n arnatures du condensateur est, d'une iaoon connue en soi dans le domaine des fréquences a.c oust i que, chargé électrostatique-ment er. peiuanence p^r un traitement préalable et en ce qu'une tension continue extérieure est appliquée entré ces armatures dans le sens inverse de celle qui a servi à charger le diélectrique de façon telle que les deux champs électrostatiques créés respectivement par la charge permanente du diélectrique et par cette po-la,ris-;tion extérieure s 'ajoutent. 2. Transducteur ultrasonore selon la revendication 1, caractérisé en ce que le. diélectrique est constitué par une feuille mince solide d^-nt 1' épaisseur est comprise entre 3 et 70 microns, feuille séparée des armatures en Egard par de "très minces couches d'air,, „ • BAD ORIGINAL^