Brevet FR2195143A1 — publié le 19740301

La présente invention a pour objet un dispositif d'hydrophone à haute sensibilité basé sur l'exploitation du bilame en céramique piezeélectrique formé, d'une façon connue en soi, de deux disques minces polarisés axialement et collés l'un Q l'autre avec leurs pelarités en opposition, et ayant ses faces externes métallisées peur constituer des électrodes de prélèvement des signaux résultant des variations de la preisien acoustique qui lui est appliquée. Â diamètre denné, un tel élément bilame est d'autant plus son- sible queil est plus mince. De trEs faibles épaisseurs, de l'ordre de 25 centimes sont actuellement réalisables industriellement par la technique des céramiques pieze-électriques mais la tenus mécanique de ces bilames est trop faible vis à vis de la pression hy- drostatique pour que, sans plus, il soit possible de les exploiter directement dans des montages dthydrophone à haute sensibilité. Selon une caractéristique de l'invention, un dispositif d'hy- drophens à haute sensibilité comporte la combinaison d'au moins un disque bilame mince, de l'ordre dbépaisseur sus-précisée, monté on appui sur une couronne pour recevoir la variation de pression: acoustique en mOme temps que la pression hydrostatique sur une de ses faces, et d'une chambre de compensation de la dite pression hydrostatique dont son autre face constitue partie au moins de la paroi, ainsi que de moyens pour soumettre le volume interne de cette chambre à la dite pression hydrostatique mais non à la varia tion de la pression acenstique. En une première modalité do réalisation, la dite chambre de compensation est entièrement incorporée à la structure qui contient le disque bilame, étant délimitée sur l'arrière par une membrane élastique étanche et les dits moyens comportent une chambre de communication formée dans le corps de la structure pour laisser pénétrer l'eau et n'appliquer ainsi que la pression hydrostatique sur l'arrière de cette membrane. En une seconde modalité de réalisation, la dite chambre de compensation est, pour sa plus grande partie, constituée d'une poche à parois élastiques étanches, extérieure à la structure logeant le disque bilame, et d'un volume interne à la structure sur l'arrière du bilame de dimensions réduites, poche et volume interne en communication directe par un conduit traversant une paroi rigide de la structure logeant le disque bilames A épaisseur donnée de bilame, de plus, la réponse est d'au- tant plus importante pour de faible variations de pressio@ acoustique que l'action de ces var@@atio@@ @@ pr@@@@@@ @@ lecali sée au centre du disque bilames Selon une r tre acté@@ @@@que de l'invention alors, il est prévu d'établir, entre la membrame d'étanchéité existant normaloment du côté face réceptrice du bilame et ce dernier, un relais de pression constitué par un mince disque rigide muni d'un pointeau central. portant au centre du bilames Ces caractéristiques, ainsi que d'autres encore venant en renforcer les effets, vont être exposées dans le détail en se r@- portant aux figures jointes, qui représentent::- En vues en coupes diamétrales, sur les figures 9 à 3, trois exemples non limitatifs d'exécution de l'invention, et, En une vue en coupe diamétrale sur la Fig.4 et une vue de dessus sur la Fig.5, un autre exemple encore d'exécution de l'in vention, toutes variantes d'exécution technologique et d'expleitation pratique pouvant se déduire, sans plus, de ces exemples sans sortir du cadre de l'invention. Sir ces figures les proportions relatives des constituants, notamment leurs épaisseurs, ne sont pas respectées afin d'obtenir une plus grande clarté de représentation. Dans la Fig.1. l'élément bilame du type sus-précisé est indiqué en 1, en appui sur une couronne usiné dans un support 2 qui est, de plus, conformé pour laisser sur la partie arrière du bi- lame, en 6, une chambre d'un volume approprié pour la compensation automatique do la pression hydrostatique à laquelle le dispositif d'hydrophone sera soumis au cours de son immersion. Une membrane d'étanchéité, souple, 3, est appliquée sur la face "avant" du bi lame, celle qui reçoit à la fois la dite pression hydrostatique et les variations de pression acoustique.Une autre membrane sou ple et étanche, 7, clot le dit volume 6 sur l'arrière, la face arrière de la membrane 7 laissent, par rapport au fond rigide dm support Z, un mince volume 8 ouvert en un emplacement au moins de sa périphérie pour que l'eau Y pénètre efficacement à toute profondeur d'immersion.La pression hydrostatique est don@ appliquée en permanence sur la face arrière de la membrane 7 et donc sur la face arrière du disque bilame 1 d'où, par le Jeu de la chambre de compensation 6, l'équilibrage de la pression hydrostatique qui est aussi appliquée sur la face avant du bilame à travers la mem- brane I), An peint de vue électrique, le disque bilame est enserré entre deux anneaux conducteurs très minces tels que 4 auxquels vien- nent se raccorder des conducteurs 5 passant à travers un conduit dans l'épaisseur du support 2 et que l'on doit considérer comme garni d'une traversée étanche pour ces conducteurs. Pour acerottre la sensibilité, on peut alors selon la Fig02, intercaler entre la membrane d'étanchéité 3 et le bilame 1, un disque rigide mince 9, en cuivre par exemple, équipé d'un pointeau central tel que 10 pertant sur la zone centrale du disque bilame. L'exemple de la Fig.3 incorpore en fait deux variantes du montage de la Fig.1, la variante de la Fig,2 pouvant y être directement incorporée si désiré. Une première variante consiste à équiper le dispositif de deux disques bilames li et li montés pour opérer ensemble au point de vue électrique sans nécessiter une duplication de la chambre de compensation de la pression hydrosta- tique.Le support 12 est conformé pour présenter deux couronnes d'appui aux deux bilames 11 et 21, deux membranes élastiques d'é tanchéit 19 et 23 sont appliquées sur les faces opposées de la paire do bilames et la chambre de compensation 16 est formée en- tre les faces en regard des bilases, Les appuis du support sont métallisés pour assurer, comme indiqué on 15, une liaison élec- trique interne en série des bilames et des couronnes métallisées 14 et 24 do la structure réalisent les connexions de sortie aux conducteurs 22.L'avantage de ce montage à double bilame est d'assurer une insensibilisation pratique des réponses électriques vis à vis des vibrations du support et du câble de support, non figuré, du dispositif d'hydrophone. La seconde variante réside dans le fait que la chambre de compensation n'est plus totalement in- corporel à la structure de support des bilames, la chambre 16 n' étant que de volume réduit mais étant reliée par un conduit 17 au volume interne d'une poche extérieure étanche et souple 19 qui est, elle, entièrement soumise à la pression hydrostatique. La partie 18 de cette poche est adaptée sur le conduit 17 qui est rigide et les conducteurs 22 se prolongent, à travers cette poche, par des fils 25 qui passent à travers l'embout 20, étanche, de la poche 19. La chambre de compensation complète comprend donc le vo lume interne de 19 et celui de la chambre 16 qui peut alors être fortement réduit Jusqu'à une valeur "résiduelle" de sorte que les dimensions propres de la structure logeant les bilames sont rédui tes vis à vis de celles des structures des Figs.l et 2, et ce, malgré l'incorporation d'une paire de bilames à l'hydrophone. Le processus de compensation se conçoit directement puisque la poche 19 est soumise à la pression hydrostatique, toute variation de cette pression extérieure modifie le volume de la poche et, partant, la pression interne de la chambre 16, Une variante partielle d'exécution de la Fig.3, partielle en ce qu'elle omet la dite poche 19, est représentée sur les Figs.4 et 5.La structure logeant les bilames a pour base une plaquette en céramique diélectrique 50-51 pourvue sur ses deux faces d'une métallisation annulaire, 34 sur l'une, 44 sur l'autre, en sa partie 51. Les disques bilames 11 et 21 sont appliqués centrés sur ces métallisations, d'une épais@@ r de quelques dizaines de microns par exemple, ce qui définit dew- volumes "résiduels" 26 et 36 entre les faces intérieures des bila@es et les faces en regard de la plaquette 50+ La dite claquette est perforée en 37 pour que ces deux volumes résiduels cam@@niquent avec an conduit longitu- dinal 35 de la partie 50 do l@ plaquette .C'est ce conduit 35 qui se @accorde au volume inte@@@ de la poche 19 non figurée. Sur la partie cylind@@qu@ 30 de la plaquette sont fixées, par visage par exemple, deu- couronnes en laiton (par exemple encore) 22 et 32 qui servent d'appui aux membranes flexibles d'étan chéité 13 et 23 recouvrant les bilames et les maintenant en appui sur les métallisations an@ulaires de la plaquette. En ce qui concerne les connexions électriques, l'exemple des Figs.4 et 5 montre une connexion en série parallèle des deux bilames au lieu d'une connexion série, cette dernière pouvant aisé ment se déduire de la représentation donnée pour le serie-paral-lèle. Deux conduits transversaux 39 et 40 sont perforés dans la partie 51 de la plaquette , le conduit 39 étant figure, pour plus de clarté sur la coupe (ainsi "fausse") de la Fig.4. Cette partie de la plaquette est équipée de deux plots métallisés 38 et 48 sur des surfaces en regard de ses deux faces. Des conducteurs méplats 41 et 42 relient les métallisations annulaires 34 et 44 aux plots 38 et 48 respectivement, en passant à travers les conduits 39 et 4D, respectivement alors que d'autres conducteurs 45 et 55 relient les métallisations des faces extérieures des bilames à ces mimes plots mais sans traversée des conduits, R E V E N D I C A T I O N S . 1. - Dispositif d'hydrophone à haute sensibilité exploitant au moins en disque piezoélectrique bilame très mince, caractérisA en ce qu'il comporte la combinaison d'au moins un tel disque en appui sur une couronne d'un support, une membrane flexible d'étan- chérit on regard d'une face du disque, une chambre dont l'autre face du disque constitue partie au moins de la paroi et des moyens soumettant le volume interne de cette chambre à la pression hydrostatique externe. 2. - - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'entre le disque bilame et la membrane flexible d'étanchéité est intercalé un relais de pression acoustique constitué d'un disque rigide mince muni d'un pointeau central portant sur la zone centrale du disque bilame, 3. - - Dispositif selon la revendication I, caractérisé on ce que la dite chambre est délimitée sur sa face opposée à celle du disque par une membrane flexible d'étanchéité et en ce qu'une chambre d'admission d'eau est établie dans le support sur re de cette membrane, 4. - Dispositif-selon la revendication 1, caractérisé en ce la dite chambre communique par un conduit traversant le support avec une poche externe déformable et soumise à la pression hydrostatique ambiante. 3. - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé on ce que la dite chambre est formée dans le support entre deux disques bilames en regard, chacun reposant en appui sur une couronne de ce support et ayant chacun une membrane flexible d'étanchéité csn regard do son autre face. 6. - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce la paroi de la dite chambre en regard du bilame est une paroi la- térale d'une plaquette rigide incorporée au support et perforée dudit conduit de communication avec la poche externe. 7. - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que 11 épaisseur de cette chambre est celle d'une métallisation annulaire, interrompue à l'emplacement de raccordement au conduit, portée par la dite paroi de la plaquette. 8. - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce la plaquette est associée par ces deux faces à un montage de disque bilame