Brevet FR2164496A1 — publié le 19730803

La présente invention a pour objet un traducteur à ultra-sons intensificateur d'énergie. D'une façon générale, un traducteur à ultra-sons est un dispositif qui se compose essentiellement d'une pastille piézoélectrique collée sur un support amortisseur des ondes ultra-sonores. Si on excite électriquement la pastille piézoélectrique, elle émet des ondes ultra-sonores, et réciproquement si on soumet la pastille à un champ d'ondes ultrasonores la pastille délivre un signal électrique. Dans l'état actuel de la technique, si l'on veut obtenir un faisceau d'ultra-sons, on utilise un traducteur tel que celui qui a été décrit précédemment. Dans ce cas, l'in tensité du champ ultra-sonore dans la région située juste à coté de la pastille piézoélectrique est limitée par l'énergie que peut délivrer la pastille. La présente invention est relative à un traducteur qui pour une même surface de la section droite du faisceau que les traducteurs existant jusqu'ici donne une énergie ultra-sonore beaucoup plus importante. Le traducteur à ultra-sons intensificateur d'énergie se caractérise en ce qu'il comprend un traducteur à ultra-sons convergent percé d'un orifice débouchant dans la surface active du traducteur, et admettant un plan de symétrie, et un miroir à ultra-sons placé vis-à-vis de la surface active dudit traducteur convergent admettant le même plan de symétrie que celui-ci et dont la face réfléchissante a une forme telle que le faisceau réfléchi ait à l'endroit où il traverse ledit orifice une section par un plan perpendiculaire au plan de symétrie dont le contour soit sensiblement le même que celui de l'orifice du traducteur convergent. Les ondes ultra-sonores émises par le traducteur convergent convergent sur le miroir à ultra-sons, et le faisceau réfléchi ressort du dispositif à travers l'orifice du traducteur. Selon un mode préféré de réalisation le traducteur à ultra-sons se caractérise en ce que l'ensemble constitué par le traducteur convergent et le miroir présente une symétrie de révolution, le diamètre de la partie utile du miroir étant nettement inférieur au diamètre extérieur du traducteur convergent1 et sensiblement égale au diamètre de l'orifice dudit traducteur. Si on appelle D le diamètre extérieur du traducteur convergent et d le diamètre de l'orifice dudit traducteur (qui est sensiblement égal au diamètre du faisceau réfléchi) l'intensité du champ ultra-sonore est approximativement multipliée 2 2 par un facteur D2 ~ d d2 Selon un premier mode de réalisation, le miroir est convexe et parabolique, et son foyer coïncide avec celui du traducteur convergent. Selon un deuxième mode de réalisation le miroir est plan et sa distance par rapport au traducteur permet de régler sa distance focale. Selon une variante, le miroir ultra-sons comporte une pastille piézoélectrique. Le traducteur ainsi réalisé peut également être utilisé comme récepteur. Dans ce cas, les ondes incidentes traversent l'orifice du traducteur convergent et sont recueillies par la pastille piézoélectrique placée sur le miroir, cette pastille jouant le rôle de récepteur. De toute façon l'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de plusieurs modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux figures annexées sur lesquelles on a représenté: - sur la figure 1, un schéma de principe du traducteur intensificateur d'énergie, - sur la figure 2 un traducteur avec milieu de couplage solide, - sur la figure 3 un traducteur avec milieu de couplage liquide, - sur la figure 4 un exemple de réalisation de miroir à ultra-sons pouvant servir de récepteur, - sur la figure 5 un autre exemple de réalisation de traducteur intensificateur d'énergie. - sur la figure 6 un second exemple de réalisation de miroir à ultra-sons pouvant servir de récepteur. Le schéma de principe du traducteur intensificateur d'énergie représenté sur la figure 1 se compose d'une pastille piézoélectrique focalisée 2, et d'un miroir parabolique à ultra-sons 4. Selon un mode préféré de réalisation la face active de la pastille piézoélectrique est une calotte sphé rique, et le foyer du traducteur est bien sûr le centre de la sphère. Le foyer F du miroir 4 coricide avec le foyer de la pastille piézoélectrique 2. La pastille piézoélectrique 2 est fixée sur un support 6. La pastille 2 et le support 6 sont percés selon leur axe de symétrie par un orifice cylindrique 8. D représente le diamètre extérieur de la pastille piézoélectrique alors que d représente le diamètre de l'alésage 8. Le faisceau d'ondes ultra-sonores 10 émis par la pastille piézoélectrique 2 converge vers le foyer F.Le faisceau incident 10 est réfléchi par le miroir 4 en donnant naissance au faisceau réfléchi 12 qui sort du dispositif par l'orifice 8. L'énergie émise par un tel traducteur à ultra-sons est sensiblement égale à celle émise par un traducteur ayant comme diamètre d multiplié par le facteur D2 - d . Si par exemple D vaut 80 mm et d 20 mm le d facteur multiplicatif est alors égal à environ 15. Si le foyer du faisceau d'ultra-sons émis par la pastille piézoélectrique 2 n'est pas confondu avec le foyer du miroir, le faisceau émergent 12 est soit convergent soit divergent. On peut tout aussi bien utiliser un cas particulier du miroir parabolique qui est le miroir plan. Si ce miroir plan est placé entre la pastille piézoélectrique 2 et le foyer F, le faisceau réfléchi est convergent. Si le miroir plan est placé au-delà du foyer F, le faisceau réfléchi est divergent. Dans ce cas, compte tenu de l'ouverture de l'orifice 8, l'angle d'quverture du faisceau émis par la pastille piézoélectrique 2 doit être faible, et le miroir doit occuper une position assez voisine du foyer F. Sur la figure 2 on a représenté un premier exemple de traducteur intensificateur d'énergie. L'ensemble présentant une symétrie cylindrique autour de l'axe XX', on ne décrira le dispositif que selon la coupe représentée dans le plan de figure. On retrouve sur la figure 2 la pastille piézoélectrique 2, cette pastille étant collée sur un support 6 constituant un amortisseur, c'est-à-dire que ce support est constitué par un matériau absorbant les ondes ultra-sonores. Le support 6 comporte l'alésage 8 dans l'axe XX'. On trouve également le miroir parabolique 4 collé sur un support également amortisseur 14. Le foyer du miroir parabolique F coïncide avec le foyer du traducteur à ultra-sons.Le traducteur à ultra-sons représenté sur cette figure est un traducteur focalisant. I1 va de soi qu'on pourrait réaliser exactement le méme dispositif avec une pastille piézoélectrique plane en collant sur ladite pastille une lentille convergente. L'ensemble constitué par le miroir 4 et la pastille piézoélectrique 2 est noyé dans un milieu solide peu absorbant pour les ondes ultra-sonores ou milieu de couplage 16. Le traducteur ainsi obtenu est monté en émetteur. La pastille piézoélectrique 2 comporte bien entendu des connexions electriques 18 pour l'émission des ondes ultra-sonores. Sur la figure 3 on a représenté un exemple de réalisation de traducteur intensificateur d'énergie avec un milieu de couplage liquide. L'ensemble du traducteur est placé dans un boitier étanche 20, ce boitier ayant également une symétrie de révolution autour de l'axe XX'. Le boîtier 20 présente une ouverture 22 vis-à-vis de l'alésage 8 de l'amortisseur 6. L'orifice 22 est obstrué par une membrane souple 24 qui est peu absorbante aux ondes ultra-sonores et qui permet de faire le contact avec la pièce à examiner. Le boîtier étanche 20 et la membrane 24 définissent ainsi un volume fermé rempli par un fluide de couplage 26. Ce fluide de couplage peut être avantageusement constitué par de l'eau. Sur la figure 5, on a représenté une troisieme variante de réalisation de traducteur conforme à l'invention. Ce traducteur comprend une pastille piézoélectrique 2, un support amortisseur 6 comportant un orifice 8. Dans cette variante, le milieu de couplage solide 16' a la forme générale d'un tronc de cône dont la grande base est adjacente à la face active de la pastille piézoélectrique 2, et dont l'autre surface de base est constituée par une calotte parabolique concave 26. Cette section 26 de séparation entre le milieu de couplage 12' et le milieu extérieur joue exactement le même rôle que le miroir parabolique 4. Le cône 16' peut avantageusement être réalisé en "plexiglas". Sur les exemples décrits jusqu'ici le traducteur intensificateur d'énergie était utilisable seulement en émetteur. Selon une variante du traducteur, objet de l'invention, celui-ci peut également être monté en émetteur-récepteur. Pour cela il suffit de modifier légèrement le miroir. On a représenté sur la figure 4 un tel miroir. On place alors au centre du miroir parabolique 4 une pastille piézoélectrique 28 tenant lieu à la fois de miroir et de traducteur-récepteur. I1 va de soi que dans ce cas, la pastille piézoélectrique 28 est munie de connexions électriques pour recevoir les ultra-sons. Dans cette variante, comme on peut bien entendu utiliser le traducteur convergent comme émetteur-récepteur, on obtient alors deux fois une même information (sur la pastille piézoélectrique 28 et sur la pastille piézoélectrique 2) avec une amplitude différente et décalée dans le temps.Ceci autorise tous les traitements de l'information obtenue que l'on désire, tels que deux enregistrements avec des seuils différents, ou l'un en tout ou rien et l'autre en proportionnelle, ou utiliser le premier signal arrivant (donc celui de la pastille piézoélectrique 28) pour une synchronisation et le second (sur la pastille piézoélectrique 2) pour le traitement de l'information. Suivant une autre variante de réalisation (représentée sur la figure 6) du miroir parabolique d'un traducteur émetteur-récepteur celui-ci est constitué d'une pastille piézoélectrique 28 à laquelle est accolée une lentille miroir 29. Cette variante permet d'accroître le rapport signal/bruit. Il va de soi que les variantes de réalisation représentées sur les figures 2 et 3 peuvent aussi bien être utilisées en traducteur-émetteur qu'en traducteur-émetteurrécepteur. Dans le dernier cas, comme décrit sur la figure 4, il faut que le miroir parabolique 4 ait au moins une partie constituée par une pastille piézoélectrique 28. Dans les modes de réalisation plus spécialement représentés, le traducteur intensificateur d'énergie présente une symétrie de révolution, mais comme on l'a précisé auparavant, le traducteur peut ne présenter qu'une symétrie plane. Par exemple le contour du traducteur convergent et du miroir peut autre rectangulaire, sans préjuger de la surface du miroir ellemême. Dans cette variante le faisceau ultra-sonore intensifié obtenu est rectangulaire. I1 va de soi que la présente invention ne se limite pas aux-exemples de réalisation plus spécialement décrits et représentés. En particulier, toutes les combinaisons sont possibles. En particulier dans les traducteurs représentés sur les figures 2, 3 et 5 on peut très bien remplacer le miroir parabolique par un miroir plan ou sphérique. De plus, les pastilles piézoélectriques 2 et 28 peuvent être constituées à partir de n'importe quel matériau présentant des propriétés piézoélectriques, le matériau choisi dépendant des conditions d'utilisation et par exemple de la température de fonctionnement. REVENDICATION5 1. Traducteur à ultra-sons intensificateur d'énergie, caractérisé en ce qutil comprend un traducteur à ultra-sons convergent percé d'un orifice débouchant dans la surface active du traducteur et admettant un plan de symétrie, et un miroir à ultrasons placé vis-à-vis de la surface active dudit traducteur convergent admettant le même plan de symétrie que celui-ci, et dont la face réfléchissante a une forme telle que le faisceau réfléchi ait à l'endroit où il traverse ledit orifice une section par un plan perpendiculaire au plan de symétrie dont le contour soit sensiblement le même que celui de l'orifice du traducteur convergent, le miroir à ultra-sons comportant sur au moins une partie de sa surface vis-à-vis dudit orifice du traducteur convergent une pastille piézoélectrique. 2. Traducteur à ultra-sons selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ensemble constitué par le traducteur convergent et le miroir présente une symétrie de révolution, le diamètre de la partie utile du miroir étant nettement inférieur au diamètre extérieur du traducteur convergent et sensiblement égal au diamètre de l'orifice dudit traducteur. 3. Traducteur à ultra-sons selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le miroir à ultra-sons est convexe et parabolique, et que le foyer dudit miroir coïncide avec le foyer du traducteur convergent. 4. Traducteur à ultra-sons selon 11 une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le miroir à ultra-sons est plan et qu'il est placé à une distance du traducteur convergent voisine de la distance focale dudit traducteur. 5. Traducteur à ultra-sons selon l'une quelconque des revendications I et 2, caractérisé en ce que le miroir à ultra-sons est constitué par une pastille piézoélectrique concave et parabolique sur laquelle est collée une lentille miroir. 6. Traducteur à ultra-sons selon l'une quelconque des revendications I à 5, caractérisé en ce que ltespace compris entre la surface active du traducteur et le miroir est rempli par un matériau bon conducteur des ondes ultra-sonores. 7. Traducteur à ultra-sons selon la revendication 2, caractérisé en ce que le traducteur convergent est constitué par une couronne cylindrique faite en un matériau absorbant bien les ondes ultra-sonores, dont l'une des surfaces de base est concave et recouverte d'une couche d'un matériau piézoélectrique. B. Traducteur à ultra-sons selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'ensemble constitué par le traducteur convergent et le miroir est placé dans un boîtier étanche, percé d'un orifice coïncidant avec l'orifice du traducteur convergent, ledit orifice étant obturé par une membrane souple absorbant peu les ondes ultra-sonores, ledit boîtier étant rempli d'un liquide bon conducteur des ondes ultra-sonores. 9. Traducteur à ultra-sons selon l'une quelconque des revendications î à 7, caractérisé en ce qu'il est constitué par un traducteur convergent et par un tronc de cône dont la grande base est adjacente à la face active dudit traducteur et dont la petite base concave est une portion de paraboloide ayant même axe que le tronc de cône, ledit tronc de cône étant en un matériau bon conducteur des ultra-sons. Revendications déposées après premier projet d'avis documentaire