Brevet FR2553213A1 — publié le 19850412

DISPOSITIF D'ALARME SONORE ETANCHE ET APPAREIL LE COMPORTANT L'invention concerne un dispositif d'alarme sonore étanche, destiné à équiper notamment un appareil de mesure ou de contrôle électronique. Un exemple d'application d'un tel dispositif est constitué par un dosimètre électronique de rayonnements ionisants personnel (de taille permettant son insertion dans une poche d'un vêtement protecteur, par exemple) ou portatif, où celui-ci doit avertir son utilisateur par un signal d'alarme sonore et/ou lumineux d'une intensité suffisante pour être perceptible, lorsqu'il a reçu une dose dépassant un seuil déterminé et/ou lorsque le débit de dose ambiant à l'endroit où il se trouve mest supérieur à une valeur maximale admise par les normes de sécurité. Il existe des appareils avertisseurs sonores portatifs (de poche) permettant de signaler par voie hertzienne à une personne qui le porte qu'il est demandé. Un tel appareil comporte un transducteur électromécanique constituant une source sonore généralement alimentée au moyen d'un générateur de courant alternatif basse-fréquence afin qu'il émette un signal audible, lorsque le récepteur d'ondes hertziennes reçoit un signal de fréquence déterminé ou codé de façon à n'agir que sur un seul appareil. Les sources sonores généralement utilisées dans ce cas comportent une membrane qui se trouve dans une alvéole ou cavité de l'appareil consti-tuant un conduit sonore dont l'extrémité extérieure est recouverte d'une grille ou d'un couvercle de protection perforé qui la protège, tout en laissant passer les ondes sonores.Les montres-réveils électroniques combinés ou non à des calculatrices, sont également équipés de sources sonores incorporées et généralement munis d'ouvertures permettant le passage des ondes sonores émises par la source. Ces derniers dispositifs sont généralement munis de disques en une céramique piézoélectrique dont les deux faces opposées sont revêtues de métallisations ou des couches conductrices (argent ou oxyde d'argent) pour lui appliquer une polarisation par un champ électrique alternatif dirigé parallèlement à l'axe (ou axial) qui engendre des déformations du disque au rythme des alternances de ce champ. Sous l'effet du champ électrique qui le polarise le disque se déforme en flexion de telle sorte qu'il se bombe dans l'un ou dans l'autre sens selon la polarité de celui-ci.Autrement dit, le disque normalement plat, lorsqu'il est polarisé à l'aide d'une tension axiale, prend la forme d'une calotte sphérique dont le rayon de courbure diminue avec l'augmentation de la tension. Plus précisèment, l'amplitude de l'écart entre le pourtour du disque et son centre dans le sens normal au disque au repos (sans polarisation) augmente avec la tension, ainsi qu'avec le rapprochement de la fréquence du champ polarisant à la fréquence de résonance mécanique dépendant de ses dimensions (diamètre et épaisseur).La société française dite "LA RADIOTECHNlQUE-COMPELEC (RTC)" mentionne aux pages 299 et 300 de son catalogue général des composants de l'année-1981 des disques en céramique piézoélectrique du type PXE, de différentes dimensions (diamètres allant de 10 à 25 mm, épaisseurs de 0,2 et 0, 25 mm), recouvertes d'électrodes sur leurs deux faces opposées et notamment destinés à des générateurs sonores. Si l'on désire obtenir un appareil étanche aux liquides, il est possible de placer un disque en céramique piézoélectrique de ce type dans un logement de type cavité de protection cloisonné du boîtier de l'appareil muni d'un tel dispositif de signalisation sonore, qui est séparée du reste de celui-ci par une paroi étanche et d'amener par des passages conducteurs étanches la tension de polarisation alternative engendrant les déformations du disque afin - qu'il émette des ondes sonores qui parviennent à l'extérieur à travers des trous pratiqué dans une paroi de la cavité en regard du disque. Un tel logement cloisonné présente l'inconvénient de compliquer la fabrication du boîtier par des parties rentrantes difficiles à mouler et par un couvercle ou grille de protection amovible.Par ailleurs, la décontamination chimique ou nucléaire d'un appareil utilisé dans des conditions, où il est susceptible d'en être contaminé, est rendu très malaisé par la présence de la cavité et/ou du couvercle perforé. Après aspersion ou immersion de l'appareil dans un liquide, accidentel ou aux fins de la décontamination, il est difficile d'évacuer celui-ci du conduit sonore de sorte que les vibrations sont soit amorties ou supprimées, notamment si la puissance électrique d'excitation est limitée par la tension et la capacité des piles (rechargeables ou non) d'alimentation. La cavité et/ou le conduit sonore constitue, en outre, un piège retenant les substances radioactives ou chimiques nocives contaminantes. Le dispositif, objet de l'invention, permet d'éviter les incon- vénients précités, en permettant la réalisation d'un appareil muni d'un dispositif d'alarme sonore, depourvu de recoins, alvéoles ou cavités inaccessibles ou difficilement accessibles notamment aux fluides de décontamination. Suivant l'invention, un dispositif d'alarme sonore pour un appareil électronique de mesure ou de contrôle contenu dans un boîtier pouvant être fermé de manière- étanche, les parois du boîtier étant une épaisseur suffisante pour assurer sa rigidité mécanique et sa résistance au choc, de sorte qu'elles sont peu susceptibles de transmettre des vibrations mécaniques, est principalement caractérisé en ce que l'une des parois de plus grande dimension du boîtier et munie en son milieu d'un trou circulaire qui est obturé de façon étanche à l'aide d'une feuille ou plaque métallique, d'épaisseur prédéterminée, recouvrant cette paroi de l'extérieur et en ce que la face intérieure de cette feuille porte soldairement réunie à elle dans l'aire laissée libre par le trou et de façon sensiblement centrée par rapport à lui, I'une des faces - d'un disque en céramique piézo- électrique de diamètre inférieur à celui du trou. L'invention sera mieux comprise et d'autres de ses objets, caractéristiques et avantages apparaîtront de la description qui suit et des dessins annexés s'y rapportant, donnés à titre d'exemple, sur lesquels: - la figure 1 montre une coupe transversale partielle d'un boîtier d'un appareil portatif muni d'un dispositif dalarme sonore -étanche, selon l'un des modes de réalisation de l'invention; et - la figure 2 montre en coupe un autre mode de réalisation d'une partie du dispositif d'alarme sonore étanche, dans lequel l'une des faces du disque de céramique piézoélectrique est directement fixée (par le fabricant de celui-ci) à une feuille métallique. Sur la figure 1, l'appareil de mesure électronique portatif 1 comporte un boîtier 2 parallélépipèdique étanche réalisé en un matériau plastique rigide et résistant (un matériau en une résine thermodurcissable chargée de verre ou de fibres de verre, par exemple) ou en un alliage de métaux léger. L'une des grandes parois 3 (la supérieure sur les figures) de ce boîtier 2 est percée d'un trou rond 4 de diamètre D3.La face extérieure 5 de la paroi 3 est recouverte (par collage ou surmoulage, par exemple), sur la majeure partie de sa surface, par une feuille ou plaque métallique 6 d'épaisseur t et de forme quelconque (carrée, rectangulaire, ronde, ovale) dont la partie centrale 7 recouvre le trou 4. La face inférieure de la feuille~ou plaque métallique 6 porte en son milieu, sensiblement centré par rapport aux parois internes du trou 4, un transducteur électromécanique en une céramique piézoélectrique en forme de disque S de diamètre D1 dont la face supérieure est revêtue par son fabricant une mince rondelle de cuivre 9 dont le diamètre D2 dépasse celui D1 du disque 8 et qui constitue l'une des électrodes de polarisation de celui-ci. La face supérieure de la rondelle de cuivre 9 est collée à la face inférieure de la feuille ou plaque métallique 6 obturant le trou 4. La face inférieure du disque 9 est munie d'un revêtement conducteur 19 (par exemple, en argent ou en oxyde d'argent) qui constitue l'autre électrode 10 de polari sation du disque en céramique piézoélectrique 8 utilisé ici comme générateur sonore. Les deux électrodes 9 et 10 sont respectivement galvaniquement reliées à deux sorties d'un étage d'attaque DR équipé d'amplificateurs de tension ou de circuits logiques électro niques équipés d'interrupteurs électroniques du type de transistors bipolaires ou à effet de champ alimentés par la source d'alimentation (piles) de l'appareil 1 (non représentés).L'entrée de l'étage d'attaque DR est alimenté par un générateur. de signaux carrés OS ou oscillateur dont la fréquence est choisie proche de la fréquence de résonance mécanique du disque 8. Ce générateur de signaux carrés OS peut être un piloté par une horloge incorporée au circuit de mesure ME de l'appareil 1 à travers un ou plusieurs compteurs-diviseurs de fréquence (non représentés). Le déclenchement du signal sonore commandé ici, par exemple, au moyen d'un étage comparateur CM qui reçoit sur l'une de ses entrées E un signal correspondant à une grandeur physique, électrique ou mécanique etc., provenant d'une sortie S du circuit de mesure ME.L'autre entrée R de l'étage comparateur CM reçoit une tension Vs préalablement réglée, correspondant à une valeur de seuil que le signal appliqué à centrée E ne doit pas dépasser et s'il dépasse cette valeur de seuil, le comparateur CM fournit sur sa sortie un signal commandant la mise en service du générateur OS et, par conséquent, L'alarme sonore. Il est immédiatement évident que, lorsque le circuit de mesure ME est numérique, l'étage comparateur CM est également numérique et que la valeur de seuil Vs doit alors être représentée par un mot numérique correspondant à plusieurs digits binaires, stockés dans une mémoire non-volatile, telle qu'une PROM préprogrammée, par exemple. Les choix respectifs de l'épaisseur t et de la raideur (par le choix du matériau métallique) de la plaque ou feuille de métal 6 à laquelle est fixé le disque en céramique piézoélectrique 8 ainsi que celui du diamètre D3 du trou 4, ou ltécart (D3-D1) entre le diamètre D3 du trou 4 et celui D1 du disque 8, sont effectués de manière à assurer un rendement acoustique optimal, si possible. Autrement dit, ces choix sont effectués de manière à rechercher une atténuation acoustique minimale au voisinage de la fréquence de résonance mécanique naturelle du disque 8. En outre, cette plaque 6 sert avantageusement d'étiquette d'identification et d'instruction de l'appareil 1, portant des incriptions à cet effet.Lorsque l'on utilise de l'aluminium pour réaliser cette étiquette (plaque 8), son épaisseur t peut être choisie de l'ordre de quelques centièmes de millimètre. Il est dans tous les cas préférable que l'épaisseur t de la plaque 6 soit inférieure à celle e du disque 8 et, de préférence, même à la moitié de cette dernière. I1 est à remarquer ici que lorsque le boîtier 2 est iéalisé en un alliage léger, la feuille ou plaque 6 formant étiquette peut être soitcollée, soit soudée sur la face 5 du boîtier 2 comportant le trou 4 au milieu. La figure 2 montre en coupe une partie d'un second mode de réalisation du dispositif d'alarme sonore, où les mêmes éléments ont été désignés par les mêmes symboles ou nombres de repère que précédemment. Dans ce mode de réalisation, la face supérieure du disque de céramique pièzoélectrique 8 est rendue directement mécaniquement et électriquenient solidaire de la feuille ou plaque 60 d'obturation du trou 4, de telle sorte qu'elle est de préférence réalisée en un métal conducteur soudable à la céramique ou -à la métallisation de celle-ci, tel que le cuivre. Dans ce cas, les surfaces exposées de l'étiquette 60 doivent être protégées par un revêtement métallique qui n'est pas sujet à l'oxydation ou à l'attaque chimique par d'autres substances (vert-de-gris), tel que le chrome ou le nickel. La fixation du disque 8 sur la plaque 60 dont la zone centrale non-collée au boîtier 2 constitue la membrane émettant des ondes sonores, est généralement réalisée par le fabricant du disque 8. On notera ici que le diamètre D3 du trou 4 est généralement de 5 à 15 millimètres supérieur à celui D1 du disque en céramique piézoélectrique (qui peut être du type PXE précité, c'est-à-dire un composé à base de zirconate-titanate de plomb commercialisé sous la marque déposée PZT). D'autres matériaux céramiques piézoélectriques (ou ferroélectriques) sont connus et utilisables comme générateurs d'ondes sonores, tels que le titanate de baryum, le niobate de plomb, les zirconates de plomb et de baryum ou des mélanges de plusieurs matériaux avec d'éventuels additifs, peuvent également être employés pour réaliser un dispositif conforme à l'invention. Il est à remarquer également que l'étage d'attaque DS alimentant les électrodes du disque 8 est, de préférence, réalisé à l'aide d'un circuit intégré CMOS (composé de transistors à effet de champ à grille isolée et à symétrie complémentaire) du type généralement utilisé pour les afficheurs à cristaux liquides, qui permettent de disposer en sortie de deux ondes carrés en opposition de phase de façon à multiplier la tension entre électrodes. De~tels circuits d'attaque d'afficheurs à cristaux liquides (dits 'liquid-crystal displays" ou "LCD" en anglais) peuvent être du type CD 4054, CD 4055 ou CD 4056 de la société américaine "RCA CORPORATION", qui sont décrits dans des notes d'application et des catalogues CMOS (COS/MOS) publiés par cette société depuis 1975 environ.Des circuits d'attaque analogues sont également utilisés dans des montres électroniques à cristaux liquides pour commander de manière différentielle les segments LCD, afin que la tension moyenne qui leur est appliquée, soit nulle. Lorsque l'appareil de mesure utilise des afficheurs à cristaux liquides des sept segments avec point décimal pour visualiser le résultat de la mesure, on peut utiliser le circuit d'attaque de l'un des points pour polariser les électrodes du disque piézoélectrique 8. Dans un appareil de mesure électronique 1 étanche, tel qu'un dosimètre personnel, le circuit de mesure électronique et les dispositifs d'affichage qu'il alimente sont généralement mécaniquement solidaires et fixés à une paroi (non représenté) de plus faible surface (du bout) du boîtier parallélépipèdique 2 qui doit être amovible et capable d'être réunie au reste du boîtier 2 à l'aide d'un joint d'étanchéité afin de permettre l'accès au circuit pour son dépannage. Le disque en céramique piézoélectrique 8 doit toutefois rester solidaire de la plaque métallique 6 ou 60, afin d'assurer l'étanchéité de l'appareil 1. La liaison entre les sorties de l'étage d'attaque DR et les électrodes du disque 8est donc généralement assurée à l'aide de contacts à ressort du genre palpeurs métalliques portés par le support commun au circuit de mesure et à la partie électronique du dispositif d'alarme sonore. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'alarme sonore pour un appareil électronique de mesure ou de contrôle (1) contenu dans un boîtier (2) pouvant être fermé de manière étanche, les parois du boîtier (2) étant d'une épaisseur suffisante pour assurer sa rigidité mécanique et sa résistance au choc, de sorte qu'elles sont peu susceptibles de transmettre des vibrations mécaniques, caractérisé en ce que l'une (3) des parois de plus grande dimension du boîtier (2) est munie en son milieu d'un trou (4) circulaire qui est obturé de façon étanche à l'aide d'une feuille ou plaque (6, 60) métallique, d'épaisseur prédéterminée recouvrant cette paroi (3) de l'extérieur et en ce que la face intérieure de cette feuille (6, 60) porte solidairement réunie à elle, dans l'aire laissée libre par le trou (4) et de façon sensiblement centrée par rapport à lui, I'une des faces d'un disque en céramique piézoélectrique 8 de diamètre (D1) inférieur à celui (D3) du trou (4). 2. Dispositif d'alarme sonore suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le disque (8) porte sur sa face destinée à être réunie à la feuille (6) une rondelle mince de métal conducteur (9) constituant l'une de ses électrodes de polarisation, son autre face étant revêtue d'une autre couche de métal (10) formant l'autre électrode. 3. Dispositif d'alarme sonore suivant la revendication 3, caractérisé en ce que l'une des faces du disque (8) est mécaniquement et galvaniquement réunie à la feuille métallique (60) obturant le trou (4) de façon étanche, de sorte que celle-ci constitue l'une de ses électrodes. 4. Dispositif d'alarme sonore suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en-outre un générateur de signaux électriques alternatifs (OS) et un étage d'attaque (DR) dont les deux sorties respectives peuvent être galvaniquement connectées aux électrodes (9 ou 60 et 10) du disque (8). 5. Dispositif d'alarme sonore suivant la revendication 4, caractérisé en ce que, le générateur (OS) fournissant une onde carré de fréquence proche à celle de résonance du disque (8), les- deux sorties de l'étage d'attaque (DR) fournissent respectivement deux ondes carrés en opposition de phase aux électrodes (9 ou 60 et 10) du disque (8). 6. Dispositif d'alarme sonore suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la feuille ou plaque métallique (6, 60) obturant le trou (4) est réunie par collage sur la face externe (5) de la paroi (3) du boîtier (2), qui comporte ce trou (4). 7. Dispositif d'alarme sonore suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que, le boîtier (2) étant en métal ou alliage, la feuille ou plaque (6) est soudée à la face externe (5) de la -paroi (3) du boîtier (2) comportant le trou (4). 8. Dispositif d'alarme sonore suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la face externe de la feuille ou plaque (6, 60) porte des inscriptions gravées, imprimées ou peintes de façon à constituer l'étiquette de l'appareil (1). 9. Dispositif d'alarme sonore suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'épaisseur (t) de la plaque ou feuille (6, 60) est inférieure à celle (e) du disque (8). 10. Dispositif d'alarme sonore suivant la revendication 9, caractérisé en ce que l'épaisseur (t) de la plaque ou feuille (6, 60) est inférieure à la moitié de celle (e) du disque (8). 11. Appareil électronique de mesure, tel qu'un dosimètre personnel, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif d'alarme sonore étanche selon l'une des revendications précédentes.