Brevet FR2507424A1 — publié le 19821210

TRANSDUCTEUR PIEZOELECTRIQUE AUTOCOLLANT ET DISPOSITIF DE MISE EN OEUVRE DU TRANSDUCTEUR La présente invention concerne un transducteur piézoélectrique autocollant et un dispositif de mise en oeuvre du transducteur. Les transducteurs piézoélectriques sont des dispositifs réversibles capables de transformer des signaux de contrainte mécanique en signaux électriques. Ils se trouvent dans deux grandes applications l'échographie médicale et le contrôle industriel non destructif. Traditionnellement, les transducteurs sont constitués d'une pastille céramique piezoélectrique, comme le polyzincate de tungstène (PZT). Leur utilisation réclame un moyen de couplage mécanique et souvent une adaptation des impédances acoustiques. Ceci est réalisé par l'usage d'un liquide ou un gel de couplage acoustique et une fixation mécanique au corps à examiner. La présente invention permet d'éviter ces moyens. I1 est connu, par exemple dans la demande de brevet français NO 79/00200, déposée au nom de THOMSON-CSF, des transducteurs plastiques réalisés en matière organique de polymères ou de copolymères dans lesquels un champ électrique permet d'induire une piézoélectricité. C'est le cas du polyfluorure de vynilidène PVF 2, du polytétrafluoroéthylène PTFE et de leurs copolymères. Dans un transducteur ainsi constitué, une couche de matériau souple piézoélectrique est incluse entre deux films métalliques conducteurs. Toute déformation entraînée par une onde acoustique reçue par le transducteur est convertie en une modulation de l'amplitude de la tension de polarisation du transducteur. La présente invention présente une forme particulièrement avantageuse de tels transducteurs. En effet, la présente invention, un transducteur piézoélectrique comporte un film piézoélectrique d'un matériau organique souple, deux armatures métalliques, des bornes électriques et une couche adhésive en un matériau collant à caractéristique acoustique et est destiné à être découpé à des dimensions quelconques grâce au dispositif de mise en oeuvre. Dans un tel dispositif, une réserve de transducteur en bande continue est stockée. L'utilisateur, pour une largeur déterminée coupe une longueur quelconque à volonté du transducteur stocké. Le transducteur obtenu est prêt à fonctionner. Un autre avantage du transducteur selon l'invention est de fonctionner sans amortisseur de l'onde acoustique arrière. I1 est souvent avantageux en émission acoustique de travailler sans amortisseur arrière quand le matériau surveillé est en une matière dure. L'absence d'amortisseur diminue la masse du transducteur. Il s'ensuit que le taux de réflexion des ondes acoustiques sur le capteur est réduit. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit et des figures qui sont: - la figure 1 : un schéma d'une coupe d'un morceau de transducteur selon l'invention, - la figure 2 : un schéma d'un exemple de réalisation du transducteur, - la figure 3 : un schéma de dispositif de mise en oeuvre du transducteur, - - la figure 4 : un transducteur multi-éléments. Un transducteur selon l'invention comporte une bande de matériau plastique 2. Deux armatures 1, 3 permettent d'apporter la polarisation électrique et de recueillir les signaux électriques. Une telle bande est disponible sur le marché en différentes dimensions de largeur, longueur et épaisseur. Une bande d'épaisseur réduite a l'avantage d'une très faible rigidité mécanique. Sur l'une des faces de la bande de transducteur, un ruban adhésif mince 4 est déposé. Ce ruban est destiné à assurer une bonne adaptation acoustique de toute la surface du transducteur à la surface surveillée. De plus, il permet une fixation amovible mécanique du transducteur à l'objet surveillé sans utilisation de moyens extérieurs comme il est connu jusqu'à présent. Particulièrement, on évite ainsi les fixations par perçage ou par courroies dans le cas des installations industrielles. Une simple préparation de la surface, opération déjà nécessitée par les transducteurs de l'art antérieur, est à réaliser avant la pose du transducteur autocollant. Le transducteur en bande peut comporter des bornes de connexion électrique à sa fabrication. Les films métalliques 1, 3 sont prolongés latéralement par des bornes par exemple percées d'un trou destiné à recevoir un fil électrique de liaison à l'appareil de contrôle acoustique. De telles bornes peuvent être découpées à intervalles réguliers. Une seule d'entre elles pour une armature donnée du transducteur donné est reliée à l'un des pales électriques de l'appareil d'examen. Cette disposition du transducteur permet une mise en oeuvre très rapide même quand il faut installer un grand nombre de capteurs de surveillance comme c'est le cas pour la surveillance d'une installation industrielle (raffinerie, centrale nucléaire, etc.). Dans un autre mode de réalisation, les bornes peuvent être déposées sur le transducteur juste avant la pose de celui-ci. Chaque borne comporte une série de dents destinées à pénétrer dans le transducteur jusqu'à l'armature conductrice 1 ou 3 avec laquelle on désire obtenir une liaison électrique. La borne peut être à son tour enfoncée à force puis collée à la surface du transducteur. La couche adhésive 4 peut être réalisée par une enduction mince d'une couche d'une résine adhésive. L'épaisseur et la caractéristique acoustique de la résine sont choisies pour que l'impédance acoustique soit compatible avec un bon couplage. Elle péut aussi être constituée par un ruban à deux faces adhésives Pune étant réservée au contact bande piézoélectrique-ruban et l'autre au contact ruban-surface à contrôler. Les caractéristiques acoustiques de la couche adhésive sont exploitées pour réaliser une adaptation d'impédance entre la bande piézoélectrique et la surface contrôlée. Le dispositif de mise en oeuvre du transducteur prêt à l'emploi, permet simultanément de stocker la réserve de transducteur et de préparer la longueur désirée de transducteur. Il est possible. d'utiliser un dispositif minimum pour la mise en oeuvre. Ce dispositif minimum comprend un tambour qui reçoit le ruban de transducteur enroulé et un outil de coupe manuelle. Si le ruban transducteur est non équipé de ses bornes, il faut ajouter une pose de bornes électriques. L'outil de coupe manuelle pourra être un instrument tranchant comme une lame de rasoir ou une paire de ciseaux. La forme des bornes électriques détermine la structure de l'appareil de pose. A la figure 2 est représentée une agrafe 5 avant qu'elle soit fixée au transducteur 6 par l'appareil de pose, près du bord du transducteur 6. Il est à noter que le transducteur est de faible épaisseur. L'agrafe est en forme de U renversé. Une partie 7, perpendiculaire au plan contenant l'armature métallique 12, reçoit des indentations qui sont destinées à pénétrer dans le ruban transducteur jusqu'à perçage de l'armature 12 établissant le contact électrique. Une queue 9 en portion de cylindre est soudée sur le corps de l'agrafe 5 réalisant ainsi une borne prête à être montée sur le transducteur. Pour la liaison électrique, il suffit d'introduire dans la queue 9 l'extrémité dénudée d'un conducteur électrique de liaison et d'assurer la fixation en écrasant la portion de cylindre à la pince. Le dispositif de pose permet d'introduire l'agrafe de part et d'autre du transducteur le long de l'axe de la flèche 10, la partie dentée du côté de l'armature à connecter. Un écrasement le long de l'axe de la flèche 11 permet de fixer l'agrafe au transducteur et de réaliser le contact électrique avec l'armature 12. Une agrafe inversée, placée sur le bord opposé ou sur le même bord du transducteur, permet de terminer le bornage du transducteur. Plus généralement, il est possible de poser une pluralité de paires de bornes le long du transducteur. Dans un autre mode de réalisation, le ruban transducteur porte lui-même des bornes déposées à la fabrication du ruban piézoélectrique à intervalles réguliers. Quelque soit le longueur de transducteur choisie, il est possible d'avoir au moins une paire de bornes de connexion électrique. Dans le cas oU le ruban transducteur reçoit une enduction de résine adhésive, le ruban est directement prêt à ltusage. Si le transducteur doit recevoir un ruban adhésif double face il est possible de déposer le ruban adhésif sur le ruban piézoélectrique en même temps que l'on désire poser le transducteur. Un tel dispositif est représenté figure 3. Un tambour 13 reçoit la réserve bobinée de transducteur en ruban 17. Un tambour 14 reçoit la réserve bobinée de ruban adhésif adaptateur d'impédance acoustique 18. Deux rouleaux 15, 16 assurent le contact des deux rubans pendant l'extraction du transducteur de façon à ce qu'il soit prêt à l'emploi. Pour repérer la longueur de transducteur extrait il est possible de coupler l'un des rouleaux 15 ou 16 (ici le rouleau i6 lié au ruban adhésif) à un compteur 19 étalonné en longueur de ruban déroulé. Dans une autre version, il est possible de déposer à la fabrication du rouleau transducteur des marques équidistantes qui permettent à l'opérateur de déposer la longueur désirée. Différentes largeurs de ruban sont possibles ainsi que différentes épaisseurs selon les caractéristiques acoustiques et mécaniques demandées au transducteur. Dans une autre variante, un dispositif de mise en ceuvre du transducteur selon Invention comporte: - des moyens de stockage du transducteur, - des moyens d'extraction d'une longueur demandée de transducteur, - des moyens de fixation des bornes au transducteur, - des moyens de découpe du transducteur à la longueur demandée. Dans un boitier amovible, le transducteur est bobiné sur un tambour, ou bien unique si le ruban adhésif est en place, ou bien en deux parties comme il a été décrit si le ruban adhésif est livré séparé. L'extraction du ruban transducteur peut être manuel ou mécanisé. Un compteur peut compléter les moyens d'extraction. Enfin, des moyens de fixation des bornes au transducteur, si cellesci sont livrées à part permettent, par exemple de la manière décrite plus haut, de préparer le transducteur qui est alors ocupé de telle sorte que la dimension de ruban transducteur extrait corresponde à la longueur demandée du transducteur équipée de ces bornes. Les moyens de découpe peuvent être manuels ou intégrés dans le dispositif. Ils sont constitués par un dispositif classique de ciseaux qui peut être actionné par le même mouvement que celui qui anime les moyens de fixation des bornes au transducteur. La présente invention est applicable à des transducteurs multiéléments en barette, en particulier dans le cas des échographes à balayage sectoriel. Pour celà, il faut que dans le ruban piézoélectrique les armatures conductrices soient découpées en tranches isolées électriquement. Seule la partie entre deux armatures polarisées répondra comme un transducteur. A la figure 4, une fraction de ruban piézoélectrique à trois transducteurs est représentée. Le ruban piézoélectrique 20 enrobe deux armatures 21, 22. Celles-ci comportent des bornes 220, 221, 222 et 210, 211, 212. Chaque armature comporte une alternance de secteurs conducteurs 23, 24, 25 ou 26, 27, 28 et de secteurs isolants 29, 30, 31 ou 32, 33, 34. Elle est aussi applicable en contrôle industriel par émission acoustique où le grand nombre de points de mesure est un facteur qui rend nécessaire une réduction du temps et du matériel de pose des transducteurs. L'utilisation du PVF 2 et des polymères organiques piézoélectriques est particulièrement recommandable en mission acoustique où les capteurs ne fonctionnent qu'en réception. En effet, ces polymères piézoélectriques présentent de bonnes caractéristiques à la réception. De plus, la possibilité de déposer entre le transducteur et la surface surveillée une couche d'adaptation améliore le rendement à la réception. Enfin, le flux d'énergie vibratoire intercepté augmente avec la dimension du capteur. Selon les conditions locales, l'invention permet de produire des capteurs de différentes longueurs. Dans le cas où la structure testée est en une matière souple en cours de déformation, le transducteur selon l'invention présente l'avantage de suivre fidèlement ces déplacements grâce au collage. C'est le cas de l'usage en surveillance médicale pour faire des capteurs cardiaques collés sur la poitrine du patient ou pour tout autre usage par exemple de surveillance de la grossesse. REVENDICATIONS 1. Transducteur piézoélectrique, caractérisé en ce qu'il comporte au moins: - des moyens de connexion électrique (5), - un ruban en matériau organique souple (2), - un ruban (1) adhésif mince à caractéristique acoustique. 2. Transducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le ruban piézoélectrique est réalisé en un matériau polymère. 3. Transducteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le matériau polymère est à base de polyfluorure de vinylidène (PVF 2) ou de polytétrafluoroéthylène (PTFE). 4. Transducteur selon la revendication I, caractérisé en ce que les moyens de connexion électrique sont constitués par: - deux films minces métalliques conducteurs (1, 3) noyés sans contact entre eux dans le ruban piézoélectrique, - deux bornes (5) implantées sur la surface extérieure de chaque face du ruban piézoélectrique. 5. Transducteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que chaque borne (5) comporte une partie plate destinée à être fixée à la surface du ruban piézoélectrique et une griffe (7) qui pénètre au contact du film mince métallique (12). 6. Transducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche adhésive mince (4) est constituée par un ruban mince à deux faces collantes, à caractéristiques acoustique. 7. Transducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche adhésive (i) est constituée d'une enduction de colle à caractéristique acoustique assurant l'adaptation d'impédance. 8. Transducteur selon la revendication 7, caractérisé en ce que la colle est à base de support cellulosique. 9. Transducteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que chaque film métallique mince (1, 3) est prolongé à l'extérieur du ruban en matériau organique souple (2), latéralement, par au moins une borne de connexion électrique. 10. Transducteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que chaque film métallique (1, 3) est constitué de zones alternativement conductrices (23 - 25, 26 - 28) et isolantes (29 - 31, 32 - 34). 11. Dispositif de mise en oeuvre du transducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte: - des moyens de stockage du transducteur, - des moyens d'extraction d'une longueur demandée de transducteur, - des moyens de fixation des bornes au transducteur à couper, - des moyens de découpe du transducteur. 12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que les moyens de stockage comportent un tambour porteur de transducteur. 13. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que les moyens d'extraction d'une longueur prédéterminée de transducteur comportent un compteur (19) pour mesurer la longueur déroulée de transducteur. 14. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que les moyens de fixation des bornes et les moyens de découpe du transducteur à la longueur demandée sont commandés simultanément. 15. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que les moyens de stockage du transducteur comportent un tambour (13) sur lequel est enroulé le ruban souple piézoélectrique (17) et un tambour (14) sur lequel est enroulé le ruban adhésif (18).