Brevet FR2295633A1 — publié le 19760716

La présente invention concerne les dispositifs ope rat ours d'ondes acoustiques transversales perlifettant d'agirvsur Itorienta- tion de la polarisation d'ondes acoustiques polarisées linéaire ment, De tels dispositifs trouvent des applications particulière ment avantageuses dans ltétude des materiaux, corps, substances et structures présentant une anisotropie de propagation pour les ondes acoustiques transversales et dans le domaine de la polarimétrie acoustique:- étude de la biréfringence, du dichroisme et du pou- voir rotatoire des substances acoustiquement actives. TTn type de dispositif opérateur d'ondes acoustiques transversales visant aux memes applications a été décrit dans le brevet français No. 71,40875 déposé par la Demanderesse le 16 Novembre 1971 pour "Dispositif opérateur d'ondes acoustiques et applications y relatives (Invention André ROBERT). Ce dispositif est essentiellement basé sur l'exploitation d'un corps allongé à faces terminales parallèles en un matériau biréfringent aeoustique présentant un axe rapide et un axe lent orthogonaux entre eux et vis à vis de la longueur du corps entre ces faces.Le corps est excité par une onde transversale à polarisation linéaire à 450 des axes, appliquée sur une de ces faces et l'application d'un champ électrique parallèle à la direction d'un des axes permet de commander, selon sa valeur, un déphasage relatif des composantes de tonde acoustique selon ces axes en son parcours entre les faces terminales du corps biréfringent. Un élément de déphasage acoustique en même matériau que le corps est appliqué sur la face terminale opposée à celle qui reçoit l'onde transversale d'excitation, élément ayant son axe rapide à 450 de celui du corps. Ce type d'opérateur d'ondes acoustiques présente des sujétions relativement importantes, par exemple le choix du matériau qui est limité au groupe des matériaux acoustiquement biréfringents d'anisotropie commandable par voie électrique, le recours pour une telle commande à des tensions élevées de l'ordre de 10 à 20 kilovolts crête, la nécessité de compléter le montage transducteur/corps biréfringent par un élément de déphasage additionnel. Le but de l'invention est de prévoir un dispositif opérateur d'ondes acoustiques transversales qui soit libéré de telles sujé tisons, Ce dispositif se caractérise, sous son aspect.général, en ce qu'il comporte un corps allongé isotrope à faces terminales parallèles en un matériau propageant les onces acoustiques transversales et, sur une face terminale de ce corps, une paire de transducteurs d'ondes acoustiques de haute fréquence modulées en basse fréquence en quadrature de phase relative et ayant leurs axes de polarisation transversale linéaire croisés Pour exposer l'invention en son détail, on se réfère aux figures jointes dont peuvent se déduire toutes variantes de réalisation technologique et d'exploitation pratique entrant dans le cadre de l'invention. La Fig.l représente un dispositif selon l'invention monté en émetteur, La Fig.2 représente un dispositif selon l'invention monté en récepteur La Fig.3 représente un montage d'étude des contraintes dans une structure que travers l'onde acoustique émise par un dispositif selon la Fig,l pour atteindre un récepteur selon la Fig.2, et, La fig.4 est une variante dela Fig.3, en laquelle l'onde aacoustique émise fait un parcours aller-retour dans la structure sur une face de laquelle elle se réfléchit. En se reportant à la Fig.l, un corps 1 en un matériau isotrope ayant de bonnes propriétés de propagation des ondes acoustique transversales, notamment aux fréquences élevées de cette gamme d'ondes, a une de ses faces terminales, 2, associée à une paire de plaquettes 4 et 5, constituant des transducteurs d'ondes ayant leurs axes de polarisation croisés, ce qu'indiquent les flèches 6 et 7.Ces plaquettes, en un matériau céramique piezoélectrique par exemple, sont montrées collées sur la face 2. Dans le montage de la Figol, elles sont des transducteurs émetteurs d'ondes acoustiques, en fait ultra-sonores. Parmi les matériaux isotropes conve- nant particulièrement à la réalisation du corps 1, on peut citer les alliages dtaluminium, les aciers alliés, le métal de dénomina- tion INVAR, etc.. ayant-de bonnes propriétés de propagation des ondes transversales d'une fréquence de base de l'ordre du mégahertz par exemple et non limitativement. Ces transducteurs sont excités par des tensions de cette fréquence de base, délivrée par un oscillateur 8, de pulsation t; mo- dulées à une basse fréquence de pulsation # , 5.0 hertz par exemple provenant d'une source ou générateur 9 et appliquée en quadrature de phase relative d'une plaquette à l'autre. On a indiqué à cet effet un schéma fonctionnel comportant les deux modulateurs 10 et 11 attaqués en commun par. la tension en cos # t issue du généra teur 8. Le modulaieur 10 refoit la sortie sin#t de 9 et le modu lateur ll en re@oit l@ sortie cos#t. La realisation de ce schéma est évidente pour l'iuménieur.Il en résulte que le transducteur 4 est exeité par la tens@on K. sin#t. cos#t et le transducteur 5, par la tension K. cos#t. cos#t.K est une constante de trans- fert. La @ongueur @ @u corps l entre ses faces terminales 2, d'ex ci@alion, e@ 3, d'émission des ondes acoustiques, est établie telle que les deux onues transversales appliquées par les transducteurs fi et 5 se combinent vectoriellement et, puisque le corps est isoirope, la face 3 est excitée par une onde résultante linéaire 12 d'amplitnde constun@e et tournant se on la flèche 13 à la vi tesse$, pulsation de i l'oscillation basse fréquence issue de 9o Le dispositif peut évidemment etre exploité en récepteur, Fig.2, en laquelle le corps solide isotrope de mêmes caractéristiques que le corps l de la Fig.1, est indiqué en 21 recevant sur sa face terminale 23 une onde acoustique représentée en 32 sur la figure comne non déformée alors qu'en fait elle sera de polarisation elliptique et non linéaire, tournant dans le sens de la flèche 33. Les composantes de cette onde d'entrée sont, sur l'autre face du corps 21, Indiquée en 22, appliquées sur deux transducteurs récep leurs 14 ot .15 qui on L des axes de polarisation croisés comme in- diqué en 16 et 17. Ces composantes sont donc converties on tensions élcetriques, de la forme décrite plus haut pour l'émission. Elles sont amplifi@es en 34 et appliquées sur un circuit de traite @ent 35 pour en dériver les paramètres d'ellipticité de l'onde aconstique @2. Cette ellipticité de l'onde acotstique émise linéaire peut, par exemple. résu@ter, Figs.3 et 4, de l'application de l'onde formée par la partie émetrice sur an corps 50. Cette onde est polarisée linétirement et est elliptisée par l'anisotropie élastique provoquée on ce cofps 50 par une coutrainte qui lui est appliquée selon une direction d'@@ientati@n quilconque, soit @, située dans un plan perpendoculdire à la direction générale de propageation des ondes acoustiques. En un tel cas, le corps 50 se comporte comme un biréfringont arant an axe lent parallèle à la direction de la contrainte et un axe rapi@e perpenli@ulaite à cette direction. Les ondes acousti@ues polarsées parallèlement à ces axes principaux présentent donc entro elle s, à leur sortie du corps 50, un dépha- sage # proporttion@el k l'intensité de la contrainte. Pour éviter que des ondes stalionnaires s'établissent dans l'ensemble du dispositif, les émettours 4 et t sont alimentées en tensions de la forme su@-décrite mais pulsées par leur passage dans des cirrcuits découp@urs, non montrés) d'une technique usuelle en soi. Te circ':tu 35 peut, illustrativement alors, traiter de la fa:- ç@n suivante les deux tensions am@lifiées en 34. Il multiplie respectivement ces deux tensions par cos#t et sin#t puis effectue la différence de ces deux produits. Après détection et filtrage, il délivere ainsi une tension sinusoîdale qui a une amplitude qui est uîesuré.e en 36 et affichée en 38. Cette amplitude est proporti o@nelle à sin#, donc fonction de l'intensité de la contrainte en 50.La phase de cette même tension, en (#t - @), est comparée en 37 à la phase du générateur 9 ce qui donne, affichée en 39, une tension proportionnelle à Q, orientation de la contrainte en 504 Le schéma de la Fig.3 se rapporte au cas où les ondes acoustiques traversent directement le corps 50. Dans celui de la Fig.4, les ondes acoustiques entrant par la face 50 se réfléchissent à l'intérieur du corps 50 sur la face 52 et reviennent dans le corps 1 pour être recueillies par les transducteurs 4 et 5 fonctionnant alors en récepteurs. L'aiguilleur 40 est un commutateur temporel émission-réception de tout type électronique approprié connu en soi Le dispositif de la Fig.4 opérant en réflexion ne nécessite l'accessibilité du corps 50 que par sa face 51, l'autre face 52 pouvant ne pas être accessible (par exemple et illustrativement, la paroi interne d'une cuve). Un des avantages d'un dispositif selon l'invention est qu'on peut varier les @scillations de haute et basse fréquences chacune en une certaine plage sans avoir besoin d'apporter de correction de longueur au corps 1 et(ou) 21. il suffit que la longueur L soit de plusieurs ois la longueur d'onde de la fréquence haute, f=#t, de 50 à 100 fois par exemple. R E V E N D I C A T I O N S. l - Dispositif opérateur fondes acoustiques transversales caractérisé en ce qu'il comporte un corps allongéiisotrope à faces terminales parallèles, en un matériau propageant les ondes acoustiques de la gamme ultra-sonore au moins et, sur une face terminale de ce corps, une paire de transducteurs d'ondes acoustiques de haute fréquence modulées en basse fréquence en quadrature de phase relative et ayant leurs axes de polarisation transversale linéaire croisés, 2D - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ces transducteurs consistent en des plaquettes d'une céramique piezoélectrique collées sur la dite face terminale du corps, 3. - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le matériau du corps isotrope allongé est choisi dans le groupe constitué des alliages d'aluminius et des aciers alliés 4o - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la longueur du corps entre ses faces terminales est de 50 à 100 fois environ la longueur d'onde correspondant à cette haute fréquence 50 - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que,dans le montage du dispositif en émetteur, les transducteurs sont excités par des tensions électriques provenant de modulateurs d'une tension sinusotdale de haute fréquence, de l'ordre du mégahertz par les composantes en sinus et cosinus d'une tension de basse fréquence industrielle9 ce par clooi l'autre face terminale du corps émet une onde acoustique linéaire d'amplitude constante tournant à une vitesse égale à la pulsation de la dite basse fréquence 6. - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que, dans le montage du dispositif en récepteur, le corps étant excité par une onde acoustique elliptisée de haute fréquence modulée en basse fréquence selon deux composantes en quadrature de phase, les signaux issus des transducteurs sont traités pour en dériver une tension sinusoidale dont peuvent être dérivés les paramètres de l'éllipticité de cette onde acoustique. - - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce les dites tensions électriques d'excitation sont pulsées, 8o - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que, dans le montage du dispositif en eJme-tteur-récepteur, les transducteurs sont connectés en alternance régulière par un commutateur émission/réception à des circuits leur appliquant des tensions de haute fréquence modulées en basse fréquence en quadrature de phase relative et à des circuits.de dépouillement des composantes de tension qutils délivrent, l'autre face terminale du corps isotrope étant appliquée sur une structure à contrainte interne en laquelle les ondes émises par les transducteurs sont réfléchies vers ces mêmes transducteurs0 90 - Dispositif selon la revendication 5 .et la revendication 6, caractérisé en ce qu'entre le montage du'dispositif en émetteur et le montage du dispositif en récepteur est intercalé une structure re à contrainte interne que traverse directement l'onde acoustique appliquée sur elle par le montage émetteur,