Brevet FR2172802A1 — publié le 19731005

La présente invention est relative à un transducteur capacitif comprenant quatre condensateurs simultanément variables,branchés en pônt'et quatre condensateurs branchés deux à deux en parallèle formant deux capacités égales quasi-constantes de couplage entre le pont et l'électronique associée au transducteur ; cette liaison capacitive on évitant les liaisons galvaniques par fils permet une construction aisée et peu coûteuse du transducteur en évitant soudures ou contacts générateurs de bruitlavec les armatures mobiles portées par la membrane. Les huit condensateurs précités ont pour armatures,d'une part des surfaces métallisées de deux plaques rigides planes et parallèles appelées statorslet d'autre part des surfaces métallisées d'une feuille flexible,isolante,tendue pour betre planelappelée membrane (M) placée entre les stators. Les figures suivantes montrent les positions relatives de ces différents condensateurs: -la figure la est le schéma de principe,les armatures fixes des condensateurs y sont représenté en traits fortszles armatures mobiles extraits fins; la figure lb donne les positions relatives des différentes armatures et le croisement des conducteurs des stators. -la figure 2 représente la vue en plan des armatures fixes (stator S) et mobiles (membrane M). -la figure 3 montre en coupe,et en vue éclatée, dtune part les deux stators S', S" constitués l'un et l'autre d'une plaque épaisse isolante perforée 9t,9" portant les armatures fixes des condensateurs du pont : 2'-2"-3'-3", celles des condensateurs de couplage l'-l"- 4t,4"ainsi que les séparateurs ou entretoises isolants 7',7n, d'autre part la membrane M dont les métallisations 5 et 6 constituent les deuxièmes armatures de tous les condensateurs du transducteur. Lorsque le transducteur est montéwles plaques ou stators enserrent la membrane par vis, collage ou tût autre moyen approprié, les espaces entre armatures fixes et mobiles sont alors très faibles (quelques centièmes de millimètre par exemple). Les capacités du transducteur varient du fait du rapprochement et de ltéloignebent de la membrane des statorsJsuivant une loi représentée par les équations suivantes mais ,alors que les condensateurs formant le pont provoquent grâce à leurs connexions croisées (3' relié à 39",2' à 2") un déséquilibre électrique du pont proportionnel au mouvement x de la membrane, les condensateurs de couplage sont branchés deux à deux de façon que ceux qui se font face soient mis en parallèle pour former deux capacités: c'est à dire de valeur aensiblement constante,l est en effet géneralement petit devant d. ( d est la distance au repos entre armatures fixes et mobiles la variation de leurs distances en fonctionnement). Les armatures sont représentées ici circulaires,elles pourraient avoir un autre contour pourvu que leurs surfaces soient deux à deux égales: ( S2' = S2" = S3' = s3"), (sl' = sl" = s4 = s4" ) Les armatures fixes des condensateurs de couplage ont été reportées à la périphérie où le mouvement de la membrane, encastrée à sa périphérie est le moindre, les armatures des condensateurs du pont vers le centreipour accentuer le déséquilibre du pont fonction de c1estàdire augmenter le signal de sortie du transducteur. Le transducteur décrit ci-dessus résultant de l'assemblage des pièces représentées par les figures est complété par un blindage métallique extérieur non figuré. Fonctionnement Pour la détection des mouvements lents et rapides d'un fluidessune tension d'excitation de haute fréquence (H F) est appliquée entre bornes 2 et 3 du pont; les bornes de sortie 1 et 4 sont reliées à un amplificateur séparateur symétrique très procheléquipé de transsistors à effet de champ dont l'impédance d'entrée est élevée et celle de sortie faibleIgrâce à un montage à drains communs;cette disposition que représente la figure 4 permet l'utilisation d'un cible de grande longueur entre le transducteur et son électronique asso ci ée1ia quelle comprend : oscillateur H F, démodulateur synchrone et amplificateur type courant continu ou T B F. Pour la détection des mouvements rapides > le mme montage peut être employéraprès remplacement de l'excitation alternative par une excitation en tension continue et suppression de l'oscillateur H F et du démodulateur synchrone. Réalisation du transducteur Les stators peuvent être faits de plaques de matière plastique revêtues de cuivre telles que celles que l'on utilise pour la confection des circuits imprimés, gravées chimiquementSou de plaques de céramique ou de verre métallisées... La membrane peut Qtre faite de mica ou d'un plastique métallisé. Applications Ce transducteur est particulièrement destiné à la détection d'ondes sonores de très basse fréquence (infra-sons atmosphériques, pulsations cardiaques et autres mouvements intracorporels etc.) il peut être employé encore comme manomètre différentiel. Muni d'une membane très tendue chargée en son centre d'une petite masse il peut aussi servir d'accéléromètre sensible. J REVENDICbTIONS 1. Transducteur capacitif comprenant à la fois un pont de quatre condensateurs simultanément variables et quatre condensateurs associés deux à deux de liaison pour éviter les liaisons galvaniques. Les parties fixes sont des plaques de matière isolante métalli sées l'élément mobile est une membrane métallisée tendue1 pouvant titre soumise à l'action des ondes sonores grâce à des perforations des plaques fixes qui l'enserrent. Suivant un modèle de réalisation les armatures fixes sont des demi-cercles séparés par un diamètretles armatures fixes de couplage sont des demicouronnes disposées autour des demi-cercles précités,les armatures mobiles sont également des demi-cercles disposés semblablement aux demi-cercles fixes,mais de diamètre plus grand, égal au diamètre extérieur des couronnes fixes. Pour la détection des ondes de basse et très basses fréquence le transducteur est excité en haute frèquence (HF);pour celle des ondes de fréquence élevée)à volonté en R F ou en continu. 2. Transducteur de meme conception générale équipé d'une membrane très tendue, munie en son centre d'une petite masse pouvant servir d'accéléromètre sensible.