Brevet FR2558676A1 — publié le 19850726

La présente invention concerne les ensembles comprenant des transducteurs ultrasonores de type piézo- électrique, et en particulier des ensembles ayant de tels transducteurs ultrasonores dont le coefficient Q est relativement élevé, c'est-à-dire une largeur de bande de fréquences de résonance relativement étroite. Les transducteurs formés d'un matériau piézoélec- trique réfractaire, tel que le niobiate de lithium, peuvent travailler à des températures supérieures à 600 C, et on peut donc les utiliser dans le coeur d'un réacteur à neutrons rapides. Cependant, l'intensité du signal ultrasonore qui peut être obtenue avec les transducteurs de niobiate de lithium n'a pas été considérée comme conve- nable dans cette application. Les transducteurs à base de niobiate de lithium ont en général une résonance dans une très étroite bande de fréquences, avec un coefficient Q qui peut être par exemple de 5000 (ce coefficient Q étant le rapport de la fréquence de résonance et de la différence entre les fréquences, de part et d'autre de la fréquence de résonance, pour lesquelles le signal ultrasonore est inférieur de 3 dB au signal à la fréquence de résonance). L'ensemble à transducteur selon l'invention accro t beaucoup l'intensité du signal ultrasonore qui peut être obtenue par accord avec un composé inductif monté en parallèle avec le transducteur, comme décrit par R.D. Legge dans CEGB report NW/SSD/RR/154/79. On a déjà suggéré, par exemple dans l'article de J. Van Randeraat et R.E. Setterington, de "Piezoelectric Ceramics", Mullard 1974, d'accorder un transducteur avec un composant induc- tif monté en série, l'impédance maximale du circuit étant accordée à la fréquence de l'impédance maximale du trans- ducteur lui-même. Ceci nécessite cependant un accord très précis pour que l'intensité du signal soit satis- faisante. L'invention concerne un ensemble à transducteur ultrasonore qui comporte un transducteur piézoélectrique, un câble et un composant inductif, montés électriquement en série l'un avec l'autre, l'inductance du composant induc- tif et la longueur du câble étant telles que la fréquence à laquelle l'impédance de l'ensemble transducteur est minimale soit pratiquement égale à la fréquence fondamentale de résonance du transducteur piézoélectrique, c'est-à-dire la fréquence à laquelle l'impédance du transducteur piézo- électrique est minimale. Le transducteur piézoélectrique est de préférence à base de niobiate de lithium. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion ressortiront mieux de la description qui va suivre d'un exemple de -réalisation, faite en référence au dessin annexé sur lequel: la figure 1 est un schéma d'un circuit d'un ensemble à transducteur; la figure 2 est un graphique représentant la variation du logarithme de l'admittance de l'ensemble de la figure 1 en fonction de la fréquence, portée en abscisses; et la figure 3 est un graphique représentant la variation de l'intensité du signal donné par l'ensemble de la figure 1 en fonction de l'inductance portée en ordonnées et de la longueur du câble portée en abscisses. La figure 1 représente un ensemble 10 à transduc- teur qui comporte un transducteur 12 de niobiate de lithium à électrode Z ayant une fréquence nominale de résonance de 4 MHz, logé dans un boîtier d'acier 14 ayant une base 16. Un côté du transducteur 12 est collé à la base 16 qui joue le rôle d'un diaphragme d'acier demi-onde, et une électrode 18 est placée de l'autre côté du transducteur 12. Les connexions électriques avec les deux côtés du transduc- teur 12 sont effectuées par l'intermédiaire d'un câble coaxial 20, ayant un conducteur externe 22 et un conduc- teur d'âme 24 reliés au boîtier 14 et à l'électrode 18 respectivement. A une distance 1 le long du câble 20, l'âme 24 est reliée à une première borne d'un composant inductif 26 ayant une inductance L, et le conducteur externe 22 est relié à un boîtier métallique 28 du compo- sant inductif 26. Un second câble coaxial 30, ayant un conducteur externe 32 et un conducteur d'âme 34, relie l'ensemble 10 à un générateur de signaux 36, le conducteur externe 32 étant relié au boîtier 28 et le conducteur d'âme 34 à l'autre borne du composant inductif 26. Lors du fonctionnement de l'ensemble 10, l'excita- tion du transducteur 12 par le générateur 36 de signaux provoque l'émission d'ondes ultrasonores dont l'amplitude dépend de la fréquence d'excitation, de la distance 1 et de l'inductance L. Comme l'indique la figure 2, pour des valeurs données de la longueur 1 et de l'inductance L, lorsque la fréquence des signaux du générateur 36 varie, l'admit- tance de l'ensemble 10 a une valeur maximale (c'est-à-dire que l'impédance a une valeur minimale) à une fréquence fse et l'admittance a une valeur minimale à une fréquence fp, les fréquences f et f dépendant de la longueur 1 et de s p l'inductance L. A la fréquence f s le courant et la tension sont en phase. En l'absence de composant inductif 26, l'admittance du transducteur 12 seul présenterait une variation analogue avec la fréquence, l'admittance étant maximale à la fréquence fondamentale de résonance du transducteur 12, et une admittance minimale à une fréquence légèrement différente, mais les fréquences auxquelles ces extrema apparaîtraient seraient bien plus proches l'une de l'autre que les fréquences fs et fp, et la différence entre les valeurs maximale et minimale de l'admittance serait bien inférieure. à la différence d'admittance entre les fréquences f et fp. En présence du composant inductif 26, la réponse globale donne ainsi une admittance importante A à la fréquence fs et une admittance minimale A' à la fréquence fp, et, de façon générale, une admittance maximale B plus faible et une admittance minimale B' correspondant au transducteur 12 seul. Cependant, la figure 2 représente le cas dans lequel la fréquence fs est réglée de manière qu'elle coïncide avec la fréquence de résonance fondamentale du transducteur 12 si bien que l'admittance A coïncide avec la fréquence fondamentale de résonance du transduc- teur. Les maxima A et B coïncident donc. La figure 3 à laquelle on se réfère maintenant représente l'intensité maximale des signaux ultrasonores émis par le transducteur 12, pour diverses valeurs de la longueur 1 et de l'inductance L, par rapport à l'inten- sité du signal obtenu en l'absence du composant inductif 26, ces valeurs étant déterminées expérimentalement. Pour toute combinaison de la longueur 1 et de l'inductance L, l'intensité maximale des signaux est obtenue lorsque le générateur 36 de signaux (voir figure 1) excite le transducteur 12 à la fréquence f= (voir figure 2) d'admit- tance maximale de l'ensemble 10. L'intensité optimale de signaux qui, dans ce cas, est égale à + 28 dB, est obtenue lorsque la longueur 1 et l'inductance L sont réglées de manière que la fréquence fs coïncide avec la fréquence fondamentale de résonance du transducteur 12. REVENDICATIONS 1. Ensemble à transducteur ultrasonore, du type qui comprend un transducteur piézoélectrique, un câble et un composant inductif, montés électriquement en série les uns avec les autres, caractérisé en ce que l'inductance (L) du composant inductif (26) et la longueur (1) du câble (20) sont telles que la fréquence (fs) à la- quelle l'impédance de l'ensemble à transducteur est minimale est sensiblement égale à la fréquence fondamentale de résonance du transducteur piézoélectrique (12). 2. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que le transducteur a un coefficient Q de l'ordre de 5000. 3. Ensemble selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le transducteur est formé de niobiate de lithium.