Brevet FR2439985A1 — publié le 19800523

La présente invention a pour objet un transducteur piézoélectrique a ultrasons. De façon plus précise, la présente invention concerne un transducteur a ultrasons dont la partie active est constituée par une pastille piézoélectrique, ce transducteur étant muni d'une liaison électrique qui permet de traduire en signal électrique les informations ultrasonores recueillies par le transducteur. De façon encore plus précise, l'invention concerne de tels transducteurs à ultrasons montés dans des bottiers étanches en vue d'utiliser ces transducteurs par exemple dans des réacteurs nucléaires a neutrons rapides refroidis par du sodium liquide, ces transducteurs étant immergés dans le sodium. Plus précisément encore, l'invention concerne une structure particulière du bottier qui permet d'assurer une connexion montable et démontable entre le bottier proprement dit du transducteur et le connecteur de ce transducteur. On connatt dêja des transducteurs a ultrasons capables de travailler dans une ambiance défavorable et comportant donc un boîtier étanche assurant également une étanchéité vis-a-vis de la connexion électrique liée a ce transducteur. A titre d'exemple de l'art antérieur, on a représenté, sur la figure 1, un tel transducteur. Le transducteur est constitué par une pastille piézoélectrique 2, par exemple réalisée de façon classique en niobate de lithium,dont une face est en contact avec un diaphragme métallique mince 4 et dont l'autre face est en contact avec un plot arrière de connexion 6. Le transducteur est placé a l'intérieur d'un corps métallique cylindrique 8 dont la partie inférieure est soudée au rebord du diaphragme 4.La liaison électrique entre la pastille piézoélectrique 2 et, par exemple, les appareils de lecture de l'information recueillie est assurée par un premier câble 10 soudé sur le plot de connexion 6 et qui est entouré par un matériau isolant 12 a la sortie du corps 8. La membrane métallique 4 sert de deuxieme électrode, cette deuxième ligne électrique se poursuivant par le bottier 8 qui est également conducteur, ce bottier se prolongeant a son tour par un tube con docteur 14 soudé (soudure S1) à l'extrémité superieure du corps 8. Ce deuxième conducteur est mis à la masse.On comprend que, grâce à cette structure, le transducteur piézoélectrique est effectivement isolé du milieu extérieur par une enceinte constituee par la membrane 4, le bottier 8 et le tube 14, la liaison entre ces divers éléments étant assurée par soudure. Une telle structure présente toutefois des incorw- nients. En effet, le cible coaxial constitué par l'association des éléments 10, 12, 14 étant solidarisé au corps 8 du transducteur par la soudure S1, il est nécessaire de manipuler cet ensemble : corps plus câble, notamment pour le transport. Or, il s'agit d'un ensemble volumineux (câble de longueur importante) et relativement fragile. Le câble coaxial est spécialement adapté à un transducteur de géométrie donnée, ce qui signifie qu'à chaque fois qu'il sera nécessaire de changer de géométrie, il faudra non seulement changer le transducteur, mais également le câble qui lui est associé. La présente invention a pré ci sèment pour objet un transducteur à ultrasons piézoélectrique dont le système de connexion remédie aux inconvénients ci-dessus. Selon 1 'inven- tion, le bottier du transducteur est fixé par serrage à l'ex trémite d'un connecteur par l'intermédiaire d'un joint d'étan chéité amovible et la continuité de la ligne de transmission dl signal électrique est assurée par un système de branchage particulier. L'invention concerne un transducteur å ultrasons du type comprenant un bottier dont le fond est constitué par un diaphragme métallique mince sur lequel est fixée une pastille piézoélectrique, ledit bottier étant conducteur de l'électri- cité, et une deuxième électrode fixée sur la deuxième face de la pastille et reliée à un premier élément de fil conducteur de l'électricité, ledit transducteur étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre - une première bride solidaire de la partie supérieure dudit bottier - un cabale coaxial de liaison électrique constitué par un conducteur central et un conducteur périphérique, ledit câble se terminant par une deuxième bride apte a coopérer avec ladite première bride du bottier ;; - une première broche fixée à l'extrémité supérieure du pre mier élément de fil conducteur de l'électricité associée à des moyens tendant à 1 t 8carter du bottier, ladite première broche comportant une face de contact en forme de calotte sphérique concave ou convexe ; - une deuxième broche fixée à l'extrémité inférieure du con ducteur central du câble coaxial et faisant saillie à l'in térieur de la deuxième bride, la face de contact de ladite deuxième broche ayant la forme d'une calotte sphérique complémentaire de la face de contact de la première broche ; - des moyens pour assurer la continuité électrique entre ledit boîtier et le conducteur périphérique dudit câble, et - un point annulaire d'étanchéité interposé entre les deux brides. De toute façon, l'invention seran-mieux comprise à la lecture de la description qui suit, donnée à titre purement illustratif et non limitatif, en référence aux figures annexées sur lesquelles on a représenté - sur la figure 1, une vue en coupe verticale d'un transducteur selon l'art antérieur - sur la figure 2, une vue en coupe verticale du transducteur selon l'invention ; - sur la figure 3, une vue en coupe verticale d'un joint d'étanchéité particulièrement bien-adapté à la réalisation de l'invention. Comme on le *oit sur la figure 2, le transducteur objet de l'invention, comprend essentiellement un bottier métallique 20, dans lequel est placée la pastille piézoélectrique 22 et le conducteur central 24 qui se termine à sa partie supérieure par une broche femelle 26. Le transducteur comporte également un câble 28 se terminant par une broche mâle 30 montée dans une bride 32. Le contact entre la broche femelle 26 liée au câble 24 et la broche mâle 30 liée au câble 28 assure la continuité électrique. Des organes de fixation 34 assurent le serrage de la partie supérieure du bottier 20 sur la bride 32 ainsi que la continuité électrique de la mise à la masse. Enfin, un joint d'étanchéité 36 est disposé entre la partie supérieure du bottier 20 et la bride 32 de l'embout B. De façon plus précise, le bottier 20 est constitué par une lame avant 20a d'épaisseur réduite qui constitue le fond de ce bottier. Sur cette lame métallique est fixée la pastille piézoélectrique 22 qui est en contact avec le plot de connexion 6. De façon connue, cette lame 20a a une épaisseur suffisamment réduite pour être soumise à l'effet d'ultrasons en provenance et/ou à destination de la pastille piézoélectrique 22 et, de plus, elle est électriquement conductrice pour constituer la connexion de masse de la pastille piézoélectrique 22.Le bottier 20 comporte également une virole latérale 20b soudée sur le rebord de la lame 20a, un chapeau 20c soudé sur la paroi latérale 20b et une bride 20d soudée à l'extrémité supérieure du chapeau 20c. I1 faut préciser en outre que l'ensemble des pièces constituant le bottier 20 est conducteur de l'électricité et correspond a la mise à la masse. L'isolation entre le bottier conducteur 20 et le câble central 24 est assurée a la partie inférieure par un premier fourreau isolant 40 qui est en butée contre une entretoise 42 solidaire du boitier. Ce fourreau 40 comprend un premier alésage 40a dans lequel est logé un ressort 44, celuici prenant appui sur l'épaulement 41 délimité par un second alésage 40b à travers lequel passe le cabale 24. Le ressort 44 presse la pastille piézoélectrique 22 contre la lame 20a. Le fourreau 40 est bloqué en rotation par la coopération d'un pion de centrage 46 solidaire de l'entretoise 42 et d'une rainure 40c ménagée à la partie supérieure du fourreau isolant 40. Dans la partie supérieure du bottier, le câble 24 est isolé du bottier proprement dit par un deuxième fourreau isolant 50 qui entoure le cabale 24. L'extrémité inférieure de ce fourreau 50 traverse l'alésage 42a ménagé dans l'entretoise 42 et il se prolonge dans un alésage 52 ménagé dans le chapeau 20c et la bride 20d du bottier. Outre son rôle d'isolant, le fourreau 50 remplit, grâce à une vis 54, la fonction de support de la broche femelle 26. Ce fourreau 50 est monté coulissant dans l'alésage 52 de la partie supérieure du boîtier. Pour assurer le contact entre la broche male 30 et la broche femelle 26, un ressort hélicoidal 56 est interposé entre la face supérieure de l'entretoise 42 et un épaulement 50a du fourreau 50.Ce ressort 56 tend à repousser vers le haut la broche femelle 26 située à l'extrémité supérieure du fourreau 50. On peut indiquer par ailleurs, qu'un pion 58 solidaire du chapeau 20c immobilise en rotation le fourreau 50. L 'extrémité supérieure du câble 24 est rendue solidaire de la broche 26 par une vis de blocage 60 qui assure, du fait de ce contact, la liaison électrique entre le câble 24 et la broche 26. I1 faut également noter que la face supérieure de la bride 20d comporte une portée tronconique concave 20e dont la fonction sera explicitée ultérieurement. I1 faut également observer que, selon une autre caractéristique de l'invention, la broche femelle 26 comporte une surface de contact 26a ayant la forme d'une calotte sphérique concave. De préférence, oette surface de contact 26a est recouverte d'un métal tel que par exemple, l'or, l'argent, le platine. Symétriquement la broche màle 30 présente une surface de contact 30a en forme de calotte sphérique convexe, les deux calottes sS6ri- qies ayant sensiblement le meme rayon.Bien entendu, on pourrait inverser le signe de la concavité des deux surfaces de contact sans sortir du domaine de l'invention, la surface 26a étant convexe et la surface 30a concave. La bride 32 comporte une portée inférieure tronconique convexe 32a apte a coopérer avec la portée 20e de la bride 20 du bottier, et un alésage central 32b dans lequel la broche 26 peut s'engager. Dans cet alésage 32b fait saillie la broche mâle 30 fixée à l'extrémité du câble supérieur 28. L'extrémité d'un tube conducteur électrique 31 est soudée sur la bride supérieure 32. Un matériau isolant 62 est interposé entre le câble 28 et le tube 31. La solidarisation entre la bride 20d et la bride 32 est assurée par une contre-bride 64 qui vient s'appuyer sur une portée supérieure 32c de la bride 32 et par les organes de serrage 34 qui sont par exemple constitués par des vis et des écrous. Ces vis sont conductrices de I'électricité. Ehfin, entre les portées 20e et 32a est interposé un joint d'étanchéité annulaire 36 qui sera décrit ulterieurement. Le fonctionnement découle de façon évidente de la description précédente ; lorsqu'on veut assurer la liaison électrique entre le transducteur et le conducteur électrique supérieur 28, on interpose le joint 36 et, à l'aide des organes 34, on assure le serrage de la bride 32 sur la bride 20d du bottier 20. L'ecrasement du joint 36 assure une etan- chéité de l1intérieur du bottier 20 par rapport au milieu extérieur, En outre, en raison de la présence du ressort 56, la face de contact 26a sphérique concave de la broche femelle est appliquée sur la face de contact 30a sphérique convexe de la broche 30.On comprend que, gracie à la forme de la surface de contact de la broche male et de la broche femelle, des conditions géométriques optimales sont réalisées pour assurer la liaison électrique entre le câble 24 et le cible 28, meme si le serrage provoque un léger désaxement du bottier 20 par rapport à la bride 32. On voit également que le cible coaxial constitue par les éléments 28, 62, 31 peut être connecté à n'importe quel type de bottier 20 comportant un trandducteur piézoélectrique. Pour cela, il suffit que la bride supérieure 20d du bottier 20 présente une portée tronconique 20e adaptée. Sur la figure 3, on a représente en coupe verticale la section droite du joint 36 selon le mode de réalisation préféré. Ce joint qui est décrit en détail dans le brevet français nO 1 540 946 comporte en section droite deux arcs de cercle C1 et C2 inversés qui sont raccordés entre eux. Ce joint 36 est interposé entre la portée 20e du bottier 20 et la portée 32a de la bride 32. Lorsqu'on applique un effort de serrage entre ces deux pièces, la déformation du joint procure une excellente étanchéité. Ce joint tient parfaitement à des températures supérieures à 6000C et à des pressions pouvant atteindre ou dépasser 30 bars. On voit donc qu'il s'applique particulièrement bien aux cas où l'ensemble dl transducteur est plongé dans du sodium liquide. Ce joint qii est métallique assure la continuité électrique. I1 découle de la description précédente que le trans dlcteur à ultrasons selon l'invention est particulièrement bien adapté à des conditions de travail difficiles (température et pression) tout en permettant une déconnexion aisée du bottier proprement dit du transducteur par rapport au cible de liaison électrique. I1 convient donc très bien à un emploi comme transducteur émetteur et/ou récepteur immergé dans le sodium liquide contenu dans la cuve d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides, ce transducteur pouvant effectuer une détection acoustique ou une visualisation. REVENDiCATiONS 1. Transducteur à ultrasons du type comprenant un bottier dont le fond est constitué par un diaphragme métallique mince sur lequel est fixée une pastille piezoélectrique, ledit bottier étant conducteur de l'électricité et une deuxiè- me électrode fixée sur la deuxième face de la pastille et reliée à un premier élément de fil conducteur de I'électricité, ledit transducteur étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre - une première bride solidaire de la partie supérieure dudit bottier, - un c ble coaxial de liaison électrique constitué par un con ducteur central et un conducteur périphérique, ledit cible se terminant par une deuxième bride apte à coopérer avec ladite première bride du bottier, - une première broche fixée à l'extrémité supérieure du premier élément de fil conducteur de l'électricité, associée a des moyens tendant a l'écarter du boitier, ladite première broche comportant une face de contact èn forme de calotte sphérique concave ou convexe, - une deuxième broche fixée à l'extrémité inférieure du conduc teur central du câble coaxial et faisant saillie à l'inte- rieur de la deuxième bride, la face de contact de ladite deuxième broche ayant la forme d'une calotte sphérique com plémentaire de la face de contact de la première broche, - des moyens pour assurer la continuité électrique entre ledit bottier et le conducteur périphérique dudit câble, et - un joint annulaire d'étanchéité interposé entre les deux brides. 2. Transducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'une des brides comporte une face de contact tronconique mâle et l'autre bride une face de contact tronconique femelle, le joint étant inséré entre ces deux faces. 3. Transducteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit joint annulaire a en section droite la forme de deux arcs de cercle raccordés entre eux et à courbures inversées.