Brevet FR2573269A2 — publié le 19860516

FR 2573269 A2 19860516 FR 8417282 A 19841113 Transducteur omnidirectionnel d'ondes élastiques à large bande passante comprenant un bobinage électrique d'excitation, et procédé de fabrication a présente demande de certificat d'addition a pour objet une variante au transducteur omnidirec tionnel d'ondes élastiques objet de la demande de brevet français nO 8413296 déposée le 28 août 1984 aux noms du Commissariat à L'énergie atomique et de KLEIN Siegfried. Dans cette demande de brevet, on a décrit un transducteur omnidirectionnel d'ondes élastiques à large bande passante caractérisé en ce qu'il comprend une sphère creuse en un matériau magnétostrictif munie de deux connexions électriques en deux points diamétralement opposés de ladite sphère, la différence de potentiel entre lesdites connexions étant proportionnelle à L'onde élastique émise, ou reçue, par ladite sphère. Deux modes principaux de réalisation de cette sphère sont prévus. Un premier dans lequel la sphère est obtenue par dépôt du matériau magnétostrictif sur un moule sphérique, un second dans lequel elle est obtenue par soudage de deux hémisphères réalisés par dépôt sur des moules hémisphériques ou par emboutissage. Dans le transducteur faisant l'objet de la demande principale, l'impédance de la sphère entre les deux connexions électriques est faible, de L'ordre du dixième d'ohm pour une sphère en alliage au nickel et de 4 cm de diamètre et 0,01 mm d'épaisseur. En émission, il faut donc utiliser un signal électrique d'intensité élevée pour que la différence de potentiel entre les deux connexions ait un niveau suffisant. Ceci conduit à utiliser un transformateur d'adaptation d'impédance. La presente addition a pour objet une variante de réalisation du transducteur omnidirectionnel d'ondes élastiques décrit ci-dessus permettant d'augmenter l'impédance entre les deux connexions électriques, et donc d'éliminer dans certains cas Le transformateur d'adaptation d'impédance. De façon plus précise, la présente addition a pour objet un transducteur omnidirectionnel d'ondes élastiques à large bande passante caractérisé en ce qu'iL comprend une sphère creuse en un matériau magnetostrictif et une bobine sphérique éLectriquement conductrice isolée, ladite sphère et ladite bobine etant concentriques. Les extrémités de cette bobine servent en émission à appliquer un signal de tension alternatif qui est transformé en une onde élastique correspondante. En réception, un signat de tension alternatif correspondant à L'onde éLastique reçue apparat entre Lesdites extrémités de La bobine. La bobine peut être disposée à L'intérieur ou à l'extérieur de la sphère. De préférence, La bobine et La sphère sont en contact. De manière préférée, la bobine est rendue rigide par une couche d'enrobage. Selon un mode de réalisation préféré, Le matériau magnétostrictif est un alliage au nickel. SeLon un autre mode de réalisation préféré, la sphère creuse comprend des moyens d'égalisation de ses pressions interne et externe. Selon un autre mode de réalisation préféré, une source de polarisation continue est disposée entre les extrémités de la bobine. L'invention a également pour objet un procédé de fabrication du transducteur. Selon un premier mode de réalisation, on fabrique une sphère creuse en un seul élément conforme ment au premier mode de réalisation de la demande principale et on bobine sur cette sphère un conducteur électrique isolé. Selon un autre mode de réalisation, on fabrique une bobine sphérique que L'on recouvre de deux hémisphères creux réalisés suivant Le second mode de réalisation de la demande principale. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, donnée à titre illustratif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 illustre un premier mode de réalisation du transducteur omnidirectionnel de l'in- vention, dans lequel la sphère creuse magnétostrictive est disposée à l'intérieur de la bobine sphérique, - la figure 2 illustre un second mode de réalisation du transducteur omnidirectionnel de l'invention, dans lequel la bobine sphérique est disposée à L'intérieur de la sphère creuse magnétostrictive. On a représenté sur la figure 1 un premier mode de réali-sation du transducteur omnidirectionnel de l'invention. Ce transducteur comprend une sphère creuse 50 en matériau magnétostrictif autour de laquelle est bobiné un conducteur électrique isolé 52, formant ainsi une bobine sphérique 54. La sphère creuse 50 est réalisée en un seul élément conformément au premier mode de réalisation décrit dans la demande de brevet principale, c'est-à- dire par dépôt, par exemple par évaporation spus vide, d'une couche d'alliage au nickel sur un moule sphéri- que, perçage d'un trou dans la sphère puis élimination du moule par dissolution. La bobine 54 est réaLisée par exemp-le en fil de cuivre ayant un diamètre de l'ordre de 0,1 mm à 0,2 mm pour une sphère de quelques centimètres de dia mètre. Ce fil de cuivre est isolé électriquement par émaillage, gainage ou autre. Les spires de la bobine sont de préférence jointives, ce qui améliore l'homogénéité et La sensibilité du transducteur. La rigidité de la bobine est assurée par une couche d'enrobage (non représentée), par exemple par un produit de type ciment-colle qui devient très dur après séchage, ce qui favorise la transmission des ultrasons. Dans te transducteur omnidirectionnel faisant l'objet de la demande principale, la sphère creuse comprend deux connexions électriques en deux points diamétraLement opposés. Ces connexions servent, en émission, à appliquer un signal de tension à ladite sphère et, en réception, à polariser ladite sphère et à recueillir le signal électrique correspondant à L'onde élastique reçue. Dans le transducteur omnidirectionnel faisant l'objet de la présente demande de certificat d'addition, ta sphère creuse est isolée électriquement. Ce sont les extrémités 56 et 58 de la bobine 54 qui constituent les bornes permettant, en émisSion, d'appliquer un signal de tension alternatif qui est-transformé par la sphère en une onde élastique. A la réception, il se crée aux extrémités 56, 58 de cette bobine un signal de tension alternatif correspondant à l'onde élastique reçue. Ce mode de réalisation présente L'avantage que l'impédance entre ces extrémités 56 et 58 est de L'ordre de quelques ohms (pour une bobine de quelques centimètres de diamètre en fil de cuivre de 0,1 mm de diamètre à spires jointives) alors que dans Le transducteur omnidirectionnel faisant L'objet de la demande principale cette impédance est beaucoup plus faible. Il est donc possible, dans la présente invention, de supprimer dans certains cas le transformateur d'adaptation d'impédance. Dans Le cas d'une utilisation du transducteur dans un fluide tel que l'eau, la sphère doit être équipée de moyens pour égaliser ses pressions interne et externe. Cette égalisation peut être réalisée simplement par au moins un orifice 60 dans la sphère afin de remplir ladite sphère avec Le fluide désiré. Ces orifices, ne devant pas être recouverts par la bobine 54, pourront être disposes avantageusement près d'une extrémité 56 ou 58 de cette bobine. Ces moyens d'égalisation sont surtout nécessaires si le transducteur est utilisé à une profondeur importante, par exemple supérieure à quelques mètres dans le cas de l'eau. Ils sont inutiles si la profondeur de travail est faible. Le transducteur représenté sur la figure 1 peut être complété par une source de polarisation. Tout moyen de polarisation connu de l'homme de l'art peut être employé, par exemple une source de tension continue 62 disposée entre les extrémités 56 et 58 de la bobine. Cette polarisation est nécessaire en réception. En revanche, le transducteur peut fonctionner en émission sans polarisation. Dans ce cas cependant, l'onde élastique émise à une fréquence double du signal électrique alternatif appliqué. Le fonctionnement du transducteur omnidirectionnel représenté sur la figure 1 est le suivant. En réception, une onde élastique reçue engendre une pulsation de la sphère en matériau magnétostrictif. Cette pulsation induit un courant électrique dans la bobine 54 et donc une modulation de la différence de potentiel entre les extrémités 56 et 58 de cette bobine. En émission, le phénomène est inversé : la variation de la différence de potentiel entre Les extrémités 56 et 58 de la bobine, et donc du courant parcourant cette bobine, provoque une modification du champ magnétique dans cette bobine ; cette modification entraîne la pulsation de la sphère 50 et donc l'émission d'une onde élastique. On a représenté sur la figure 2 un second mode de réalisation du transducteur omnidirectionnel de L'invention. Sur cette figure, les éléments identiques à ceux de la figure 1 portent les mêmes références. Dans ce mode de réalisation, la bobine 54 se trouve à L'intérieur de la sphère creuse en matériau magnétostrictif. Cette bobine, réalisée suivant tout procédé connu de L'homme de l'art, est recouverte d'une couche d'enrobage (non représentée). La sphère est réalisée par soudage de deux hémisphères conformement au second mode de fabrication décrit dans la demande de brevet principale, ctest-å-dire par dépôt d'une couche de ma tériau magnétostrictif sur un moule creux hémisphérique, puis élimination de ce moule par dissolution. De manière avantageuse, la base de chaque hémisphère peut comporter une collerette 68, 70 pour faciliter le soudage. Le transducteur représenté sur la figure2 fonctionne de manière identique à celui de la figure 1. Le second mode de fabrication est plus simple pour rea- liser un transducteur de grandes dimensions. REVENDZCATIONS 1. Transducteur omnidirectionnel d'ondes élastiques à large bande passante, caractérisé en ce qu'il comprend une sphère creuse (50) en un matériau magnétostrictif et une bobine sphérique (54) électriquement conductrice isolée, ladite sphère et ladite bobine étant concentriques, les extrémités (56, 58) de ladite bobine servant en émission à appliquer un signal de tension alternatif qui est transformé en une onde élastique correspondante ; un signal de tension alternatif correspondant à L'onde élastique reçue apparais-sant, à la réception, entre lesdites extrémités. 2. Transducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bobine sphérique est rendue rigide par une couche d'enrobage. 3. Transduc-teur selon L'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le matériau magnétostrictif est un alliage au nickel. 4. Transducteur selon L'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la sphère creuse comprend des moyens (60) d'égalisation de ses pressions interne et externe. 5. Transducteur selon L'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'une source de polarisation (62) est disposée entre les extrémités de la bobine. 6. Procédé de fabrication d'un transducteur omnidirectionnel comportant une sphère creuse en matériau magnétostrictif composée de deux hémisphères (64, 66) selon L'une quelconque des revendications 8 à 10 de la demande de brevet principale, caractérisé en ce qu'on effectue en outre les opérations success-ives suivantes - bobinage sphérique d'un élément conducteur isolé (52) sur ladite sphère, - dépôt d'une couche d'enrobage sur ladite bobine, tes- dits hémisphères étant disposés de manière à englober La bobine avant-d'être soudés. 7. Procédé de fabrication d'un transducteur omnidirectionnel comportant une sphère creuse (50) en matériau magnétostrictif en un seul élément selon l'une quelconque des revendications 11 à 14 de la demande de brevet principale, caractérisé en ce qu'on effectue en outre les opérations successives suivantes : - bobinage sphérique d'un élément conducteur isolé (52) autour de ladite sphère creuse, dépôt d'une couche d'enrobage sur Ladite bobine.