Brevet FR2316825A1 — publié le 19770128

La présente invention concerne un hydrophone à lobe de directivité en forme de cardioïde comportant un boîtier cylindrique ouvert à l'avant à travers lequel est placé un transducteur piézoélectrique à lame de flexion délimitant une cavité acoustique avec le fond dudit boîtier qui comporte une fente circulaire. Le secteur technique de l'invention est celui des transducteurs et plus particulierement des dispositifs piézoélectriques utilisés pour la réception d'ondes acoustiques en milieu sous-marin dans une direction déterminée. Dans le domaine de l'acoustique, de nombreuses recherches ont été faites pour obtenir une directivité du type "cardioide". On a utilisé, en particulier, deux hydrophones, l'un omnidirectionnel, l'autre bidirectionnel. Cette combinaison électrique nécessite alors un circuit électronique du type pon dérateur, ce qui implique l'emploi d'un matériel de volume important et rend alors difficiles certaines applications. Par ailleurs, lorsque l'on opère en milieu sous-marin, d'autres pro blèmes se posent et lton doit adapter le matériel, en tenant compte, en particulier, des différents matériaux utilisés. Des appareils ont déjà été proposés, qui travaillent sous lteffet de deux pressions, ltune supportée par la face avant d'une lame de flexion, l'autre par la face arrière. Cependant, on n'est pas arrivé jusqu ici à obtenir- un déphasage tel que, lorsque le transducteur reçoit une onde acoustique venant de la direction arriere, l'effet sur la lame de flexion soit nul. L'objectif de l'invention est d'obtenir une directivité du type "cardiolde", avec un seul lobe, en basse fréquence, par un seul transducteur d'encombrement réduit. Pour atteindre cet objectif, les faces latérales et le fond de ladite cavité acoustique de lthydrophone sont doublés par une paroi avec laquelle ils délimitent une mince lame d'air produisant un découplage acoustique. Dans un mode de réalisation préférentiel, ladite paroi est plus par ticuliàrement une feuille de chlorure de polyvinyle ayant une épaisseur de l'ordre du millimètre. Ladite lame d'air a préférentiellement une épaisseur de l'ordre du millimètre. Le fond de ladite cavité acoustique comporte une collerette en relief circulaire sur laquelle est fixé par sa périphérie un disque qui délimite avec ladite collerette et ledit fond un espace rempli d'air. Par ailleurs, une gorge périphérique est creusée dans l'épaisseur de la face latérale qui est fermée par une paroi mince délimitant avec ladite gorge un espace rempli d'air. Dans un autre mode de réalisation, on prévoit de prolonger la gorge périphérique par une rainure concentrique à ladite fente circulaire. Le résultat de l'invention est un produit nouveau constitué par un hydrophone. L'avantage principal est une directivité en forme de cardioide avec un seul lobe, en basse fréquence, que l'on obtient avec un seul transducteur ou une antenne. Un autre avantage est son encombrement réduit : il facilité son logement par exemple dans le corps d'une bouée. Du fait que ce transducteur est purement acoustique, il ne nécessite aucun circuit électronique, du type pondérateur électronique ou réflecteur. En outre, les capacités des éléments piézoélectriques utilisés sont de tordre de quelques nanofarads, ce qui présente un intérêt dans l'étude du préamplificateur et lorsque l'on prend le bruit en considération. L'invention voit son application dans les systèmes de détection et de localisation par bouées acoustiques, par exemple. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la desctiption qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation et en se référant aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 représente un diagramme de directivité obtenu lors d'un essai sur un hydrophone selon l'invention. - la figure 2 est une coupe transversale de l'hydrophone dans un premier mode de réalisation. - la figure 3 est une coupe transversale de l'hydrophone dans un second mode de réalisation. Il est rappelé qu'une cardioïde est définie par l'équation suivante S = K (1 + cos En se reportant à la figure 1, diagramme donnant la directivité pour la fréquence choisie de 10 KHerz, on peut remarquer que le tracé obtenu par les résultats expérimentaux se rapproche de celui de la cardioïde type : on obtient un seul lobe, l'appareil se révélant le plus sensible sur un rayon de 1800 (de O à 900 et de 270 à 00), correspondant à la direction avant de l'hy- drophone. En revanche, on remarque la diminution de réceptivité au fur et à mesure que l'on va davantage en arrière pour obtenir la différence entre les niveaux de réception avant et arrière la plus grande dans la direction perpendiculaire à la face arrière. Un premier mode de réalisation de l'hydrophone selon l'invention est illustré à la figure 2. L'enveloppe extérieure est constituée par un boîtier 1 cylindrique dont les deux parties principales la et lb sont séparées par une couche 13, constituée par un disque de diamètre sensiblement égal au diamètre extérieur dudit boîtier. - La partie la constitue l'arrière du boîtier et comporte une fenêtre acoustique il circulaire, qui la traverse de part en part. L'épaisseur dudit boîtier est plus faible à l'extérieur qu'à l'intérieur de cette fenêtre. - En avant de la couche 13 se situe la partie lb composée d'une face latérale 8 et d'un fond 4 délimitant entr'eux une cavité. En avant de cette cavité est disposé un transducteur piézoélectrique à lame de flexion 2 fixé à la périphérie dans l'épaisseur de la face latérale 8. Celle-ci se prolonge en avant dudit transducteur constituant ainsi une couronne. La face latérale 8 et le fond 4 sont séparés par une fente 5 circulaire de largeur minime par rapport à celle de la fenêtre acoustique 11. Par ailleurs, la face latérale 8 est doublée d'une mince paroi 6, entre lesquelles est emprisonnée une mince lame d'air 9. De même, le fond 4 délimite avec une mince paroi 7 un espace 10 rempli d'air. Selon le mode de réalisation de la figure 2, le fond 4 comporte une collerette 12 circulaire sur laquelle vient se fixer par sa périphérie le disque 7 constituant la paroi et, dans l'épaisseur de la face latérale, est creu saune uae gorge périphérique fermée par la paroi 6 délimitant ainsi l'espace 9. Dans une réalisation préférentielle de l'invention, les caractéris- tiques sont Tes suivantes - le boîtier est en laiton. - la couche intermédiaire 13, en caoutchouc est d'une épaisseur de l'ordre du millimètre. - l'arrière du boîtier, à l'extérieur de la fenêtre, est d'une épaisseur dtenviron 3 millimètres. - le transducteur est constitué par un trilame compose de deux céramiques piézoélectriques d'une épaisseur de l'ordre du demi-millimètre et d'une électrode plane, d'une épaisseur de l'ordre du demi-millimetre. - la paroi doublant la face latérale et le fond est en chlorure de polyvinyle - la lame d'air a une épaisseur de l'ordre du millimètre. - la cavité, dans l'espace compris entre le transducteur et les parois 6 et 7, est remplie d'huile aux silicones. - l'épaisseur de la partie avant du boîtier est de l'ordre de 10 mil limètres. L'originalité de l'invention réside dans la présence de minces lames d'air interposées entre une mince paroi et, soit la face latérale, soit le fond de la cavité. L'on obtient ainsi un découplage acoustique assurant la réception d'ondes acoustiques provenant de l'avant de l'appareil, les autres produisant des pressions s'annulant sur le trilame. Un autre mode de réalisation est illustré à la figure 3. Les parties constitutives identiques à celles du mode précédent ne feront pas l'objet d'une nouvelle description et portent les mêmes références que sur la figure 2. Cette réalisation offre l'intérêt d'apporter un découplage supplémentaire : celui, en partie, de la fente 5. Pour atteindre ce résultat, une partie au moins des lames d'air 9' et 10' est située dans le plan de la fente, pour une partie de sa longueur. Si l'on compare à la réalisation précédente, on voit que la lame d'air 9' est de longueur plus importante qu'auparavant, la gorge étant prolongée par une rainure 14 concentrique à la fente 5. D'autre part, la lame d'air 10' est plus rapprochée de la couche intermédiaire 13, la collerette périphérique 12' délimitant maintenant la fente 5, le fond 4' étant de diamètre extérieur uniforme. Bien entendu, sans sortir du cadre de l'invention, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux appareils qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs. REVENDICATIONS 1 - Hydrophone à lobe de directivité en forme de cardioide comportant un boî tier cylindrique ouvert à l'avant à travers lequel est placé un transduc teur piézoélectrique à lame de flexion délimitant une cavité acoustique avec le fond dudit boîtier qui comporte une fente circulaire, caractérisé en ce que la face latérale et le fond de ladite cavité sont doublés par une paroi avec laquelle ils délimitent une mince lame d'air produisant un découplage acoustique. 2 - Hydrophone selon la revendication I, caractérisé en ce que ladite paroi est une feuille de chlorure de polyvinyle ayant une épaisseur de l'ordre du millimètre. 3 - Hydrophone selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que ladite lame d'air a une épaisseur de l'ordre du millimètre. 4 - Hydrophone selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le fond de ladite cavité comporte une collerette circulaire sur laquelle est fixé par sa périphérie un disque qui délimite avec ladite rainure et ledit fond un espace rempli d'air. 5 - Hydrophone selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte une gorge périphérique creusée dans l'épaisseur de la face latérale qui est fermée par une paroi mince délimitant avec ladite gorge un espace rempli d'air. 6 - Hydrophone selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite gorge est prolongée par une rainure concentrique à ladite fente circulaire.