Brevet FR2343519A1 — publié le 19771007

La présente invention, due à YAKOVLEV Alexandr Dmitrievich, KOKOREV Dmitry Timofeevich, MONAKHOV Valery Nikolaevich et ZVEZDKIN Alexandr Sergeevich, concerne la technique de 1' obten- tion d'ultra-sons puissants, et plus préciséaent les transforma- teurs ultra-sonores de vitesse, prévus pour l'intensification des processus technologiques, par exemple le nettoyage, l'homogénéi- sation, la dispersion, la soudure, l'étamage, l'extraction, la sorption chimique. Les transforsateurs de vitesse (les concentrateurs) sont connus depuis plus d'un quart de siècle et servent à transmettre, à transformer et émettre des oscillations mécaniques excitées par des transducteurs électromécaniques à résonance du type à tige selon un iode d'oscillations longitudinal. Les transducteurs sont raccordés à des générateurs d'ultra-sons et et convertissent les oscillations électriques en oscillations mécaniques longitudinales. Dans la technique de l'ultra-son puissant, les transduc- tours électromécaniques ne sont pratiquement pas utilisés pour la transmission directe de l'énergie mécanique au milieu traité. La cause en est que souvent l'intensité d'émission est insuf fisante et que la durée de vie des él éments actifs des transducteurs, en cas de contact avec les milieux à traiter, s'avère insuffisante ; d'autre part, les possibilités potentielles des éléments actifs des transducteurs, par exemple piézo-électriques ou à magnétostriction, sont utilisées de façon peu efficace Le plus souvent, les transducteurs sont réali@és avec des résonateurs supplémentaires, par l'intermédiaire desquels est émis l'ultra-son. Ces résonateurs évoluent vers l'accroisseient de l'ampli- tude du mouvement oscillatoire et vers l'amélioration de l'efficacité de la transmission de l'énergie potentielle des transducteurs. En outre, les résonateurs supplémentaires permettent de réaliser la fixation des transducteurs de les doter de boî- tiers protecteurs On connaît un grand nombre de conceptions de résonateurs de iodes d'oscillations longitudinaux, de flexion, de torsion et autres, qui sont utilisés en combinaison avec des transduc teurs électromécaniques. En particulier, on utilise très larmoient un transducteur électromécanique du type à tige, dont la sortie est raccordée rigidement b un moyen d'augmentation de la surface d'émission, réalisé sous la forme d'une lame fine avec des vibrations de flexion. Les lames à vibrations de flexion peuvent être réalisées avec une surface d'émission pratiquement illimitée, ce qui permet d'utiliser à fond les possibilités potentielles d'un ou de plusieurs éléments actifs. Cependant, une laie à vibrations de flexion raccordée à un transducteur ne permet d'obtenir que de faibles intensités d'émission (ne dépassant pas de 1 à 3 W/cm2 en cas d'émission dans l'eau) avec une répartition extrêmement inégale des amplitudes des oscillations sur la surface émettrice, ce qui limite son utilisation On connait plusieurs constructions de -transformateurs de vitesse simples et composés, réalisés sous la forme de tiges à oscillations longitudinales à longueur de résonance de demi-onde, dont l'aire de la section transversale varie selon une loi déterminée, soit sur toute sa longueur, soit sur une certaine partie de sa longueur. L'utilisation des transformateurs de vitesse dont l'aire de la section transversale dininue vers la sortie (des concentrateurs proprement dit) permet d'obtenir des valeurs extrêmement élevées de la puissance spécifique d'émission de l'ultra-son dans les milieux k traiter (en particulier, dans les milieux liquides). Les transformateurs de vitesse simples et composés sont aussi classés selon le caractère de la modification de l'aire de la section transversale en fonction de la forme de rétrécis- sement adoptée (conique, exponentielle, caténoïdale, en ampoule, par gradins), en fonction des propriétés amplificatrices, en fonction du rapport entre les aires des sections transversales des extrémités d'entrée et de sortie, en fonction des propri*- tés au point de vue solidité et des propriétés d'adaptation. Les transformateurs de vitesse, réalisés en forme de tiges de forme conique, exponentielle et caténoïdale, se rapportent aux concentrateurs simples. Les transformateurs de vitesse compo- sés sont un concentrateur à gradins à deux quarts d'onde, un concentrateur à gradins, avec une section de transition se rAtré- cissant dans le sens de l'émission. Parmi les conceptions décrites, le plus grand gain en amplitude de la vitesse oscillatoire, en fonction du rapport entre les aires des sections transversales des extrémités des tiges appartint aux concentrateurs à gradins, puis suivent les tiges de forte caténoidale, exponentielle et conique. Parmi les concentrateurs décrits, les plus solides sont les concentrateurs en ampoule et de forme conique qui,au point de vue de leurs propriétés amplificatrices, sont inférieurs aux tiges possédant d'autres formes. Selon les propriétés d'adaptation, caractérisées par la modification de la composante réactive de l'impédance d'entrée des tiges lors d'un désaccord entre la fréquence d'excitation et la fréquence de leurs propres oscillations longitudinales, les meilleures sont les tiges de forme caténoïdale et conique. On sait que les dimensions transversales des tiges à oscillations transversales longitudinales, en particulier celles des transducteurs de vitesse, ne peuvent pas dépasser 1/4-1/2 longueur d'onde des oscillations longitudinales, ce qui limite considérablement la surface émettrice de leurs extrémités de sortie. Par exemple, pour la fréquence de 20 kHz, la plus souvent utilisée dans la pratique de l'ultra-son puissant, la surface émettrice d'un transformateur de vitesse ne dépasse pas de 3 i 5 cm2, ce qui est environ d'un ordre de grandeur infé- rieur à la section transversale de l'extrémité de sortie du transducteur. La réduction de l'aire de la section transversale d'un transformateur de vitesse dans le sens de l'extrémité de sortie a lieu dans une plus grande proportion que l'accreissement de la puissance spécifique d'émission b la sortie, plongée, par exemple, dans l'eau à caviter.Ce phénomène, expliqué d'ordinaire par la charge de cavitation, est d à la chute brutale de l'impédance caractéristique des liquides à caviter et l'augmentation de la vitesse oscillatoire i la sortie du transforua- tueur C'est-à-dire que si l'on utilise le même transducteur électromécanique puissant et le même liquide, la puissance d'é- mission d'un transformateur de vitesse avec un moindre gain s'a- vère supérieure à celle d'un transformateur de vitesse avec un gain supérieur Dans tous les transformateurs de vitesse décrits plus haut, le gain d'amplitude des oscillations est obtenu gracie à la diminution de la surface émettrice, ce qui présente un inconvénient important de ces conceptions. La diminution notable de la grandeur de la surface émettrice, lors de l'utilisation de ces transformateurs, réduit sensiblement le domaine d'application de l'ultra-son puissant. On connait également un transformateur de vitesse à ultra-sons, comportant un concentrateur à gradins à longueur de résonance avec un mode d'oscillations longitudinales, dont l'extrémité étroite est solidaire d'un moyen d'accroissement de la surface d'émission du concentrateur. Comme moyen d'accroissement de la surface émettrice du concentrateur, on utilise une plaque fine rectangulaire ou cir culaire à oscillations de flexion ou un entonnoir conique. Cependant, un tel moyen d'accroissement de la surface d'émission réduit sensiblement le gain théorique d'un concentrateur, et ne permet pas d'obtenir une répartition uniforme des amplitudes des oscillations sur la surface émettrice, sa fia bilité et sa stabilité sont insuffisantes à cause des endommage- ments fréquents survenant dans le plan de la jonction avec le concentrateur, il présente une adaptabilité en fréquence faible et ne permet pas d'obtenir des valeurs élevées de l'amplitude de la vitesse oscillatoire, ce qui limite aussi son domaine d'utilisation. La présente invention vise à mettre au point un transformateur de vites@e ultra-sonore, dans lequel l'utilisation comme moyen d'augmentation de la surface d'émission d'une tige de longueur de résonance avec un mode d'oscillations longitudinales assure l'obtention d'une répartition en pratique uniforme de l'amplitude de la vitesse oscillatoire jusqu'à 1500-3000 c/s sur la surface émettrice, avec une aire environ égale & 1' aire de la section transversale de son extrémité d'entrée, ainsi que d'obtenir des propriétés d'accord en fréquence et une solidité élevées. Le problème posé est résolu du fait que, dans le transformateur de vitesse comportant un concentrateur à gradins à longueur de résonance,selon un mode d'oscillations longitudinales, dont l'extrémité étroite est solidaire d'un moyen d'accrois- sement de la surface d'émission de concentrateur, selon l'invention, on utilise, comme moyen d'accroissement de la surface émettrice du concentrateur, une tige de longueur de résonance selon un mode d'oscillations longitudinales. I1 est avantageux que la tige soit réalisée avec une sec- tion transversale constante supérieure à la section transversale de l'extrémité étroite du concentrateur. I1 est utile dc réaliser la tige avec une disposition en série dans le sens de l'émission des tronçons, dont un s'é- largit et a une longueur 1 environ égale à lnN , N étant la R racine carrée du rapport entre les aires des sections trans- versales des extrémités large et étroite de ce tronçon s'élargissant de la tige, R - le nombre d'onde, dont un autre tronçon a une section transversale constante, les aires des sections transversales des extrémités large et étroite du tronçon s'élar- gissant de la tige étant respectivement égales aux aires des sections transversales de l'extrémité étroite du concentrateur et du tronçon à section transversale constante de la tige. I1 est efficace de réaliser le tronçon qui s'élargit ali- vant une forme conique. Il est également avantageux de donner une forme exponentielle au tronçon s'élargissant de la tige Le transformateur de vitesse proposé assure l'obtention des oscillations mécaniques longitudinales stables d'amplitude et de fréquence assignées sur une aire de section transversale à peu près égale & i 'aire de la section transversale de son extrémité d'entrée. La limite supérieure de la vitesse oscillatoire de l'extrémité émettrice du transformateur de vitesse n'est limitée que par la résistance aux vibrations du matériau choisi pour sa construction, tandis que l'aire de la surface émettrice est limitée par les possibilités potentielles du transducteur électromécanique.La réalisation du tronçon s' élar- gissant de la tige avec une longueur égale à ### ne réduit pas en pratique la valeur du gain du transformateur R de vitesse qui, au point de vue grandeur diffère peu du gain d'un concentrateur é gradins, mais, d'autre part, facilite considérablement l'accord en fréquence de la tige avec un concentrateur à gradins, ct améliore la solidité du transformateur.La réalisation du tronçon évasé de forme conique facilite considérablement le calcul et la réalisation du transformateur de vitesse La réali- sation du tronçon qui s'élargit de forme exponentielle permet d'obtenir, pour le transformateur de vitesse proposé, des gains maxima en fonction du rapport entre les aires des sections transversales des extrémités large et étroite des tronçons qui le composent.La réalisation du tronçon de la tige s'élargissent avec une longueur ne dépendant que du rapport entre les aires des sections transversales des extrémités large et étroite, avec une forme, soit conique, soit exponentielle, permet d'unifier les divers types de transformateurs de vitesse et d'utiliser pour l'analyse, une méthode de paramètres généralisés, ce qui facilite considérablement les calculs courants en les réduisant à des calculs élémentaires. Les caractéristiques de l'5nvention ressortiront plus particulièrement de la description suivante, donnée à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins donnés en annexe, qui représentent la fig. 1,un transformateur de vitesse selon l'inven- tion g la fig. 2, une deuxième variante de réalisation du transformateur de vitesse proposé la fig. 3,une troisième variante de réalisation du transformateur proposé ; la fig. 4,une quatrième variante de réalisation du transformateur de vitesse proposé la fig. 5,une cinquième variante de réalisation du transformateur de vitesse proposé la fig. 6,une sixième variante de réalisation du transformateur de vitesse proposé ;; la fig. 7,une septième variante de réalisation du transformateur de vitesse proposé la fig. 8,une huitième variante de réalisation du transformateur de vitesse proposé la fig. 9,une neuvi & e variante de réalisation du transformateur de vitesse proposé la fig. 10, une dixième variante de réalisation du transformateur de vitesse proposé la fig. 11, une onzième variante de réalisation du transformateur de vitesse proposé la fig. 12, une douzième variante de réalisation du transformateur de vitesse proposé la fig. 13, le schéma d'un dispositif de génération d'oscillations ultra-sonores utilisant le transformateur de vitesse proposé la fig. 14, le graphique de la relation entre le gain M du transformateur de vitesse faisant l'objet de la présente demande de brevet et la valeur N de 1e caractéristique initiale du transformateur; la fig. 15, le graphique représentant la relation entre le coefficient de transfert réduit # du transformateur de vitesse, selon l'invention, et la valeur de la caractéristique initiale N du transformateur ;; la fig. 16, le graphique représentant la relation entre le coefficient de rendement électroacoustique q, d'un système transducteur électromécanique - transformateur de vitesse - vis- à-vis de la valeur Al de l'amplitude des oscillations à la sortie du transformateur proposé, d'un contrateur à gradins avec un tronçon de transition de forme conique et d'un concentrateur exponentiel Le transformateur de vitesse proposé comporte des tiges 1 (fig. 1) et 2 qui forment un concentrateur à deux quarts d'onde à gradins, le bout ouvert de la tige 2 constituant la surface émettrice. Le transformateur comporte également un moyen pour accroître la surface émettrice du concentrateur, réalisé dans la variante décrite sous la forme d'une tige 3 solidaire de l'extrémité indiquée de la tige 2. Les tiges 2 et 1 sont réali sées de longueur identique égale à l 1,2 = t/4 (1) étant la longueur d'onde des oscillations longitudinales dans une tige de section transversale constante (# = 2 # /k' k k #/c , # étant la fréquence circulaire ; c , la vitesse du son). Longueur du concentrateur à gradins 1-2 ' n /2 (2) La tige 3 est réalisée avec une longueur de demi-onde 13 = # /2 (3) La longueur totale du transformateur de vitesse est I = # (4). Les tiges 1, 2 et 3 sont réalisées sous la forme de cylindres dont les diamètres sont respectivement Do, d et D et Do n D l @@ @@ @ @l @ Le gain théorique d'un concentrateur à gradins (appelé théorique à cause de la non équivalence entre ses valeurs et les valeurs réelles) est M1-2 = N2 (5) N I D@/d étant la caractéristique initiale, dans un cas général, elle est trouvée comme étant la racine carrée du rapport entre les aires des sections transversales des tiges 1 et 2. Par gain, on entend le rapport entre les amplitudes des déplacements longitudinaux à l'entrée et à la sortie du concentrateur (du transformateur de vitesse). La tige 3 ne transforme pas l'amplitude des déplacements c'est pourquoi le gain total du transformateur est M=Al/Ao n M1-2 (6) A et A1 étant l'amplitude des déplacements longitudinaux o respectivement à l'entrée et à la sortie. Ainsi, malgré l'égalité des aires des sections transversales de sortie et d'entrée, on-obtient une amplification de l'amplitude des déplacements longitudinaux dans le sens de l'émission du transformateur, selon l'invention. Les possibilités potentielles des transformateurs de vitesse sont aisément caractérisées par le rapport entre les énergies d'oscillations à leur sortie et à leur entrée, qui est appelé en ce qui suit "coefficient de transfert réduit" # p = Wl/Wo (7) où Wo = # c.Vo So (8) 2 Wl = # cv2l Sl (9) 2 I Dans ces rapports Wo et W1 est l'énergie des oscillations respectivement à l'entrée et à la sortie du transformateur de vitesse la densité du matériau avec lequel on réalise le transformateur indiqué i V V0 n Ao et V1 o A l'amplitude de la vitesse de déplacement, respectivement à l'entrée et à la sortie du transformateur de vitesse So et Sl l'aire de la section transversale respectivement à l'entrée et à la sortie du transformateur de vitesse. Pour le transformateur selon l'invention W = N4 (10) pour un concentrateur à deux quarts d'onde à gradins w w N2 (11) pour les concentrateurs simples, réalisés sous la forme de tiges de forme exponentielle, conique et caténoïdale p # N (12) ce qui et en évidence l'avantage du transformateur de vitesse proposé, en comparaison avec les constructions connues des concentrateurs, en ce qui concerne le transfert de l'énergie potentielle des transducteurs électromécaniques puissants aux milieux à traiter. On peut concevoir une autre variante de réalisation du transformateur de vitesse proposé, analogue à celui décrit plus haut. @a particularité réside dans le fait qutil est raccordé à un transducteur électroacoustique à travers une tige 3 (fig. 2). Pour un tel transformateur de vitesse : M = 1/N (13) ; # p# 1 (14) ce qui permet d'obtenir,en comparaison avec les constructions connues, les plus faibles valeurs de gain et de coefficent de transfert réduit. On peut également concevoir une troisième variante de réalisation du transformateur de vitesse proposé, analogue à ceux décrits plus haut. Ba particularité réside dans le fait que le concentrateur à gradins et le moyen d'augmentation de la surface émettrice de ce concentrateur sont réalisés avec des tronçons 4 (fig. 3) et 5 de forme conique et de longueur l2,4 = lnN/k (15). Le concentrateur à gradins, selen une troisième variante de réalisation, comporte deux tiges cylindriques 1 et 2 de même longueur (l1 s 13 L /4) et un tronçon de transition à rétrécissement 4 à longueur l2, dont la longueur totale est égale à la moitié de la longueur d'onde, compte tenu de la dispersion do la vitesse du son dans le tronçon à rétrécissement (l1-3 = Le moyen d'augmentation de la surface émettrice est réalisé sous la forme d'un tronçon 5 s'élargissant et de longueur l4 d'une tige cylindrique 3' de longueur 15 La longueur de 4-5 = #' /2 La longueur totale da transformateur de vitesse : 1 t Les aires des sections transversales des tronçons 4 et 5 et des tiges 1, 2 et 3' aux endroits des jonctions sont égales. La conception du transformateur de vitesse décrite assure une adaptation des fréquences satisfaisant, une solidité élevée et la correspondance des gains théoriques aux gains réels. Un tel transformateur de vitesse est calculé en utilisant les relations suivantes 5 kl2 = ln N (17) kl1-3 = 2kl1,3 + kl2 (18) kl4-5 = k11 + ki5 (21) 10 kl = 2kl1,3 + 2kl2,4 + kl5 (22) M1-3 = | N (Cos ln N - tg p sin ln N) | (23) cos kl1,3 ln N M4-5 = l/ | N # | cos ln N ln N + (N-1)tg ln N (24) M = M1-3 # M4-5 # 1 (25) tg p = tg kl1@3 + @@@ (26) @@ N ln N Dans ces équations M1-3 est le gain d'un concentrateur à gradins avec un tronçon de transition de forme conique M4-5' le coefficient de transformation du moyen d'augmentation de la surface émettrice ; M, le gain du transformateur de vitesse. Tableau 1 N M1-3 M4-5 M kl1,3 kl2,4 kl1-3 kl5 kl4-5 kl 1,0 1,00 1,00 1,00 1,57 0,00 3,14 3,14 3,14 6,28 1,1 1,21 1,00 1,21 1,52 0,10 3,14 3,06 3,15 6,29 1,2 t 1,00 1,43 1,48 0,18 3,14 2,99 3,17 6,32 1,3 1,68 0,99 1,67 1,44 0,26 3,15 2,93 3,20 6,35 1,4 1,95 0,98 1,92 1,41 0,34 3,16 2,89 3,23 C,3 1,5 2,23 0,98 2,18 1,38 0,40 3,17 2,85 3,26 6,43 1,6 2,52 0,97 2,44 1,36 0,47 3,19 2,82 3,29 6,48 1,7 2,82 0,96 2,71 1,34 0,53 3,21 2,79 3,32 6,53 1,8 3,14 0,95 2,98 1,32 0,59 3,23 2,77 3,3C 6,58 1,9 3,47 0,94 3,25 1,30 0,64 3,25 2,74 3,39 6,64 2,0 3,81 0,92 3,53 1,29 0,69 3,27 2,72 3,42 6,69 2,1 4,16 0,91 3,80 1,28 0,74 3,30 2,70 3,45 6,75 2,2 4,52 0,90 4,08 1,27 0,79 3,32 2,69 3,48 6,80 2,3 4,89 0,89 4,36 1,26 0,83 3,35 2,67 3,50 6,86 2,4 5,27 0,88 4,64 1,25 0,88 3,38 2,6C 3,53 6,91 2,5 5,65 0,87 4,92 1,24 0,92 3,41 2,Ç4 3,56 6,96 2,6 6,04 0,86 5,19 1,24 0,96 3,44 2,63 3,58 7,02 N M1-3 M4-5 M Kl1,3 kl2,4 kl1-3 kl5 kl4-5 kl 2,7 6,44 0,85 5,47 1,24 0,99 3,46 2,61 3,60 7,07 2,8 6,84 0,84 5,74 1,23 1,03 ,49 2,60 3,63 7,12 2,9 7,25 0,83 6,02 1,23 1,06 3,52 2,59 3,65 7,17 3,0 7,66 0,82 6,28 1,22 1,10 3,55 2,57 3,67 7,22 3,1 8,08 0,81 6,56 1,22 1,13 3,58 2,56 3,69 7,27 3,2 8,50 0,80 6,82 1,22 1,16 3,60 2,55 3,71 7,32 3,3 8,92 0,79 7,08 1,22 1,19 3,63 2,54 3,73 7,37 3,4 9,35 0,78 7,34 1,22 1,22 3,66 2,53 3,75 7,71 3,5 9,78 0,78 7,60 1,22 1,25 3,68 2,52 3,77 7,46 3,6 10,22 0,77 7,85 1,22 1,28 3,71 2,51 3,79 7,50 3,7 10,65 0,76 8,10 1,22 1,31 3,74 2,50 3,81 7,55 2,8 11,09 0,75 8,35 1,22 1,34 3,76 2,49 3,82 7,59 3,9 11,53 0,74 8,59 1,22 1,36 3,79 2,48 3,84 7,63 4,0 11,97 0,74 8,83 1,22 1,39 3,82 2,47 3,86 7 68 De tels tableaux, contenant les paramètres généralisés principaux d'un transformateur de vitesse en fonction de la va- leur de ses caractéristiques initiales, possédant un pas de variation suffisamment faible, sont très commodes pour les calculs courants et plus faciles à utiliser que les graphiques et les monogrammes employés d'ordinaire à cet effet. Le tableau 1 permet de trouver les gains et les longueurs. Si Do/d#D/d, pour les tiges 1, 2, 3' et les tronçons 4 et 5 d'un transformateur de vitesse, les valeurs recherchées se situent sur des lignes différentes, correspondant aux valeurs assignées de N. On peut concevoir une quatrième variante de réalisation du transformateur de vitesse proposé, analogue icelle décrite plus haut. Sa particularité réside dans le fait que les tronçons 4 et 5 (fig. 4) sont réalisés de forme exponentielle, ce qui permet, en pratique, d'obtenir les gains maxima possibles. Un tel transformateur est calculé en utilisant les relations suivantes kl2 = ln N (28) kl1-3 = 2 kl1,3 + kl2 (29) kl4 = ln N (30) kl4-5 = kl4 + kl5 (32) kl = 2 kl1,3 + 2 kl2,4 + kl5 (33) M = M1-3 # M1-5 (36) ici en le dépassant faiblement La table 2 donnée plus bas contient les valeurs des relations (22) à (36). Tableau 2 N M1-3 M4-5 M kl1,3 kl2,4 kl1-3 kl5 kl4-5 kl 1,00 1,00 1,00 1,00 1,57 0,00 3,14 3,14 3,14 6,28 1,25 1,56 1,00 1,55 1,46 0,22 3,14 3,96 3,18 6,32 1,50 2,23 0,98 2,19 1,38 0,40 3,16 2,84 3,24 6,40 1,75 2,98 0,97 2,88 1,32 0,56 3,20 2,75 3,31 6,50 2,00 3,82 0,95 3,62 1,27 0,69 3,23 2,68 3,37 6,60 2,25 4,72 0,93 4,39 1,23 0,81 3,27 2,62 3,43 6,70 2,50 5,68 0,92 5,19 1,20 0,92 3,32 2,57 3,48 6,80 2,75 6,69 0,90 6,02 1,18 1,01 3,37 2,52 3,53 6,89 3,00 7,75 0,88 6,87 1,16 1,10 3,42 2,48 3,58 6,99 3,25 8,85 0,87 7,75 1,14 1,18 3,46 2,44 3,62 7,08 3,50 10,00 0,86 8,66 1,12 1,25 3,49 2,41 3,66 7,16 3,75 11,17 0,86 9,59 1,11 1,32 3,54 2,38 3,70 7,24 4,00 12,38 0,86 10,54 1,10 1,39 3,59 2,35 3,73 7,32 Il est possible de concevoir une cinquième variante de réalisation du transformateur de vitesse proposé également analogue & celui décrit plus haut. Sa particularité réside dans le fait que la tige 1 (fig. 5) est réalisée avec une longueur de quart d'onde l1' ce qui permet de réaliser d'une façon très simple la fixation du transformateur de vitesse à l'endroit où l'aire de la section transversale est constante, à la jonction de la tige 1 et du tronçon 4. Un tel transducteur de vitesse est calculé en utilisant les équations suivantes Kl1 = #/2 (38) kl2 = ln N (39) kl1-3 = kl1 + kl2 + kl3 (41) kl4 = ln N (42) kl4-5 = kl4 + kl5 (44) kl = kl1 + 2 kl2,4 + kl3 + kl5 (45) M = M1-3 # M4-5 (48) Nous donnons plus bas un tableau 3 contenant les valeurs numériques des relations (38) à (48). Tableau 3 N M1-3 M4-5 M kl2,4 kl3 kl1-3 kl5 kl4-5 kl 1,00 1,00 1,00 1,00 0,00 1,57 3,14 3,14 3,14 6,28 1,25 1,55 1,00 1,55 0,22 1,39 3,18 2,96 3,18 6,36 1,50 2,19 0,98 2,16 0,40 1,29 3,26 2,84 3,24 6,51 1,75 2,90 0,97 2,80 0,56 1,23 3,36 2,75 3,31 6,66 2,00 3,66 0,95 3,47 0,69 1,18 3,44 2,68 3,37 6,82 2,25 4,48 0,93 4,15 0,81 1,15 3,53 2,62 3,43 6,96 2,50 5,31 0,92 4,85 0,92 1,12 3,61 2,57 3,48 7,09 2,75 6,19 0,90 5,57 1,01 1,10 3,68 2,52 3,53 7,21 3,00 7,11 0,88 6,30 1,10 1,09 3,76 2,48 3,58 7,34 3,25 8,05 0,87 7,05 1,18 1,08 3,83 2,44 3,62 7,45 3,50 9,02 0,86 7,81 1,25 1,06 3,88 2,41 3,66 7,55 3,75 10,01 0,86 8,60 1,32 1,05 3,94 2,38 3,70 7,64 4,00 11,03 0,86 9,40 1,39 1,04 4,00 2,35 3,73 7,74 On peut concevoir une sixième variante de réalisation du transformateur de vitesse proposé, analogue à celles décrites plus haut. Sa caractéristique réside dans le fait qu'à la sortie du transformateur de vitesse 6 (fig. 6) à longueur #' est rigidevent raccordé un concentrateur 7 de forme conique de longueur 2, ce qui permet d'obtenir des amplitudes de la vitesse oscillatoire dépassant de plusieurs fois les valeurs limites adfissibles pour les tiges à section transversale constante. On peut concevoir une septième variante de réalisation du transformateur de vitesse proposé également analogue à celles dé- crites plus haut. Sa particularité réside dans le fait, qu'à la sortie du transformateur de vitesse sont raccordées des tiges cylindriques 8 et 9 (fig. 7) à longueur de résonance #/2, ce qui permet de répartir la surface émettrice dans le sens de l'émission (suivant l'axe x). A cet effet, l'aire de la section transversale de la tige 8 est inférieure à l'aire de la section transversale de la tige 3' et supérieure à l'aire de la section transversale de la tige 9. On peut concevoir une huitième variante de réalisation du transformateur de vitesse proposé, analogue à celles dé crites plus haut. Sa caractéristique réside dans le fait que la tige 10 (fig. 8 > est réalisée avec une aire de la section transversale dépassant l'aire de la section transversale de la tige 8. Ceci permet de répartir l'énergie de l'émission dans des directions opposées. On peut concevoir une neuvième variante de réalisation du transformateur de vitesse proposé, également analogue à celles décrites plus haut. Sa caractéristique consiste en ce qu'à la sortie du transformateur de vitesse 6 est raccordé rigidement un tube à paroi mince 11 (fig. 9) dont la longueur de résonance est égale à # /2. Ceci permet de localiser toute l'énergie de l'émission à l'intérieur du tube indiqué 11. On peut concevoir une dizième variante de réalisation du transformateur de vitesse proposé, analogue à celles indiquées plus haut. Sa particularité réside dans le fait qu'il est réalisé avec un canal axial passant de part en part 12 (fig. 10) et des canaux transversaux 13, ce qui permet d'amener les milieux à traiter à travers les canaux indiqués vers la face en bout de sortie du transformateur de vitesse. L'orifice taraudé 14, réa- lisé à l'entrée du transformateur de vitesse, est prévu pour la fixation du transformateur de vitesse sur un transducteur élec tromécanique (non représenté sur le dessin). On peut concevoir une onzième variante de réalisation du transformateur de vitesse, analogue à celles décrites plus haut. Sa particularité réside dans le fait qu'à la sortie du transformateur de vitesse 6 est raccordé rigidement une tige cy lindrique 15 (fig. 11) de longueur de résonance selon un mode d'oscillations longitudinales, sur laquelle sont fixées rigidement des lames fines 16. Ceci permet de réaliser le traitement de gros volumes de matières grâce à l'excitation d'oscillations de flexion dans les lames 16 indiquées. On peut concevoir une douzième variante de réalisation du transformateur de vitesse proposé, également analogue à celles décrites plus haut. Sa particularité réside dans le fait, qu'en série sont raccordés deux transformateurs de vitesse 6 (fig. 12). Ceci permet d'obtenir un gain en amplitude de la vitesse de déplacement de plusieurs dizaines de fois, ce qui est important, par exemple, lorsqu'on utilise des transducteurs électromécaniques i faible amplitude, du type piézo-électrique, pour l'excitation du transformateur de vitesse faisant l'objet de la présente demande de brevet. Lorsqu'on utilise le transformateur de vitesse proposé dans des dispositifs, par exemple pour le nettoyage, le soudage, la dispersion, l'entrée du transformateur est raccordée rigidement à la sortie du tranaducteur électromécanique 17 (fig. 13) excité par un générateur d'oscillations électriques 18. Le transformateur de vitesse proposé fonctionne de la manière suivante. Le transformateur de vitesse 6 (fig. 13) est raccordé ri gisement par son entre acoustique à la sortie du transducteur électromécanique 17 excité à partir du générateur 18 d'oscillations électriques harmoniques. Pour assurer l'excitation du transformateur de vitesee C, sa propre fréquence d'oscillations ne doit pas sensiblement dif férer de la fréquence de résonance du transducteur 17. Un désaccord de fréquence important entre le transformateur de vitesse 6 et le transducteur 17 (par exemple de quelques centaines de Hz) peut être éliminé en diminuant la longueur du gradin de sortie du transformateur de vitesse 6, si sa propre fréquence est inférieure à la fréquence de résonance du transducteur 17. Dans le transformateur de vitesse, des ondes stationnaires longitudinales sont excitées. Une faible partie de l'énergie de ces ondes, dont la valeur ne dépasse pas la puissance-poten- tielle du transducteur électromécanique 17, est émise dans le milieu à traiter. Le principe de fonctionnesent des transformateurs de vitesse selon les autres variantes de réalisation est analogue à celui décrit plus haut. Pour mieux comprendre le principe de fonctionnement du transformateur de vitesse, sur la fig. 14 est représenté un graphique qui donne le gain M en fonction de la valeur N de la ca ractéristique initiale du transformateur, le gain M étant porté sur l'axe des ordonnées, et la caractéristique initiale N étant portée sur l'axe des abscisses. Sur le graphique donné, la courbe "a" correspond au transformateur de vitesse représenté sur la figez 1 ; la courbe "b", au transformateur de vitesse représenté sur la fig. 3 ; la courbe "c" au transformateur de vitesse représenté sur la fig. 4. La fig. 15 représente un graphique donnant le coefficient de transfert réduit qip du transformateur de vitesse proposé en fonction de la valeur de la caractéristique initiale N du trans formateur, le coefficient de transfert réduit # p étant porté sur l'axe des ordonnées, tandis que la caractéristique initiale N est portée sur l'axe des abscisses. Les courbes de la fig. 15 correspondent aux mêmes varian- tes de réalisation du transformateur de vitesse que sur la figez 14. Les courbes "a", "b", "c" sur les fig. 1.4 et 15 sont obte- nues avec Do r D1. En comparant les courbes "a", "b", "c" représentées sur les fig. 14 et 15, on voit que les coefficients M de gain et les coefficients de transfert réduit # p des variantes examinées de réalisation les plus caractéristiques pour le transformateur de vitesse proposé diffèrent peu dans le domaine des faibles valeurs de la caractéristique initiale N. En pratique, on utilise justement ces valeurs de la caractéristique initiale et d'ordinaire N # 2 à 3, car autrement, on doit craindre les pertes de stabilité transversale du transformateur de vitesse. Si on veut obtenir des valeurs tres élevées de gain x, on utilise plusieurs transformateurs de vitesse couplés en série (voir fig. 6 et 12). Remarquons également que la meilleure des variantes de réalisation de la caractéristique du transformateur de vitesse représenté sur la fig. 1, avec des transitions par gradins, ne peut être obtenue que théoriquement, en premier lieu à cause des difficultés que soulève l'excitation d'un tel transformateur de vitesse, dont le profil ne contribue pas à la formation drondes stationnaires. C'est pourquoi, en pratique, il est plus raisonnable d'utiliser des transformateurs de vitesse sans modifica- tion par gradins de l'aire de la section transversale. Dans le transformateur proposé, il est préférable d'utiliser des tron çons de transition de forme, par exemple, conique ou exponentielle, qui permettent aux ondes de se propager progressivement sur toute l'aire de la section transversale de ces tronçons. Les autres variantes de tronçons de transition progressive, par exem- ple caténoidales, sont moins efficaces. Ceci est mis en évidence par comparaison des gains des transformateurs de vitesse comportant de tels tronçons avec les gains obtenus pour les variantes de réalisation du transformateur de vitesse proposé. Le transformateur de vitesse proposé permet d'utiliser pratiquement à fond les possibilités potentielles des plus puissants transducteurs électro-acoustiques connus. A l'appui de ceci, la fig. 16 représente les résultats d'une mesure par voie expérimentale des valeurs du coefficient de rendement électro-acoustique t d'un système transducteur électro-acoustique - transformateur de vitesse - eau en fonction de la valeur de l'amplitude A1 des oscillations de la surface émettrice plongée dans l'eau. Sur l'axe des ordonnées, il est porté le rendement électro-acoustique sur l'axe des abscisses, l'amplitude A1 des oscillations de la surface émettrice pour une fréquence des oscillations égale à 18 kHs Sur le graphique indiqué, la courbe "a" correspond au transformateur de vitesse représenté sur la fig. 3 ; la courbe "d" correspond à un concentrateur à gradins avec un tronçon de transition de forme conique ; la courbe "e" à un concentrateur de forme exponentielle ; celle de droite "f" représente le rendement maximum possible du transducteur utilisé et la valeur du rendement électro-acoustique d'un système avec un transformateur de vitesse selon la fig. 11. Les transformateurs de vitesse in diqués sont exécutés avec Do - 65 mm, égal au diamètre de la surface en bout du transducteur. Le graphique met en évidence le fait, que les constructions connues de concentrateurs (à gradins et exponentielles) permettent d'obtenir des valeurs du rendement électro-acousti- que beaucoup plus faibles que la valeur potentielle possible. Et seul, le transformateur de vitesse proposé permet, en pratique, d'utiliser à fond les possibilités potentielles d'un transducteur électro-mécanique. Remarquons, qucgn cas général, le rendement électroacoustique de toute l'installation ultra-sonore est donné par l'équation où # # 1 est le coefficient de transfert du transformateur de vitesse ; #g , #T, #k sont les rendements (valeurs potentielles) re pectivemen du générateur, du transducteur et du transformateur de vitesse ( #g # 0,5 à 0,9 ; #T=0,3 à 0,9 ; #k # 0,9 à 0,99) qui, en pratique, sont déterminés par la valeur du coefficient K de transfert du transformateur de vitesse, dépendant lui-même de la valeur de l'aire de la surface émettrice et de l'intensité d'émission dans le milieu à traiter. Le transformateur de vitesse proposé permet de modifier simultanément l'amplitude des déplacements et d'augmenter la surface émettrice, ce qui permet d'obtenir des valeurs très élevées du rendement électro-acoustique. Le transformateur de vitesse permet de créer des oscillations acoustiques puissantes à fréquence assignée dans l'intervalle des intensités allant de quelques fractions à des centaines de W/co2 avec une utilisation maximale des possibilités potentielles des transducteurs électro-mécaniques, ce qui est un facteur important pour Zintensification de divers processus physico-chimiques. Corme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, ayant été plus spécialement en visagés ; elle en eabrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Transformateur de vitesse ultra-sonore comportant un concentrateur à gradins de longueur de résonance selon le mode d'oscillations longitudinal, dont l'extrémité étroite est raccordée rigidement à un moyen d'augmentation de la surface é méttrice de ce concentrateur, caractérisé en ce que, comme moyen d'augmentation de la surface émettrice du concentrateur, on utilise une tige de longueur de résonanceselon le mode d'oscilla- tions longitudinal. 2. Transformateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite tige est réalisée avec une section transversale constante, supérieure à la section transversale de l'extrémité étroite du concentrateur. 3. Transformateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tige possède, disposée consécutivement dans le sens de l'émission, un tronçon qui s'élargit dont la longueur 1 est à peu près égale à lnK/k, N étant la racine carrée du rapport entre les aires des sections transversales des extrémités étroite et large du tronçon qui s'élargit, k le nombre d'onde, et un tronçon à section transversale constante, les aires des sections transversales des extrémités étroite et large du tronçon qui s'élargit étant respectivement égales aux aires des sections trans- versales de l'extrémité étroite du concentrateur et du tronçon de la tige à section transversale constante. 4. Transformateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le tronçon s'élargissant de la tige possède une forme conique. 5. Transformateur selon a revendication 3 caractérisé en ce que le tronçon s'élargissant de la tige possède une forme ex ponentielle.