Brevet FR2620893A1 — publié le 19890324

TRANSDUCTEUR ACOUSTIQUE A SELECTION DE FREQUENCES. L'invention se rapporte à un transducteur acoustique à sélection de fréquences comprenant un certain nombre de résonateurs mécaniques qui, installés dans un même plan, sont excités dans leur fréquence propre par des vibrations acoustiques et dont les déviations, par rapport à la position de repos à chaque fois considérée, sont transformées en un signal électrique. Un transducteur acoustique à sélection de fréquences pour transformer des vibrations de corps solides est connu par les "Proceedings Of The International Conférence On Solid-State Sensors And Actuators - Transducers 1985", Boston, Massachusetts, 11. - 14. Juni, 1985 sous le titre "A Frequency-Selective Piezoresistive Silicon Vibration Sensor" de W. Benecke et al. Un tel transducteur acoustique est constitué par un agencement en forme de peigne de barreaux flexibles qui sont façonnés par attaque chimique à partir d'un substrat au silicium et dont les fréquences propres sont échelonnées et voisines les unes des autres. Les barreaux flexibles sont mutuellement raccordés par un cadre par lequel sont captées les vibrations des corps solides qui font vibrer les barreaux flexibles dans leurs fréquences propres. Les vibrations des barreaux flexibles sont transformées en un signal électrique analogique par des éléments piézorésistifs qui sont installés au pied de chaque barreau flexible. Un transducteur acoustique de ce type permet une saisie directe à sélection de fréquences des sons transmis par corps solides. Ce capteur n'est cependant pas en mesure de transformer des ondes sonores de l'air en signaux électriques de qualité utilisable. L'invention a, par conséquent, pour objet de mettre au point un transducteur acoustique à sélection de fréquences du type précité qui permette de capter en particulier les ondes sonores transmises par conduction aérienne et de les transformer en signaux électriques, et qui puisse être fabriqué sous une forme aussi compacte que possible. Ce résultat est atteint selon l'invention par le fait qu'à une faible distance et parallèlement au plan des résonateurs, est disposée une membrane vibratile de manière qu'entre chaque résonateur et la membrane, il subsiste une fente d'air par laquelle les vibrations de la membrane sont transmises aux résonateurs. Dans ce transducteur acoustique selon l'invention, les résonateurs sont de préférence réalisés sous forme de barreaux flexibles fixés d'un seul coté et de différentes fréquences propres. Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention, sur des surfaces opposées des résonateurs et de la membrane sont disposées des surfaces électriquement conductrices destinées à former des condensateurs à lames. L'invention prévoit également d'installer des jauges extensométriques sur les résonateurs. Selon une autre particularité de l'invention, les résonateurs et/ou la membrane sont fabriqués à partir d'un substrat monolithique. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, la membrane et les résonateurs sont respectivement entourés par un cadre rigide à la flexion ayant sensiblement les mêmes dimensions internes et les deux cadres sont mutuellement raccordés avec formation d'une fente d'air entre la membrane et les résonateurs. L'invention et ses avantages seront mieux compris à l'aide de la description d'un mode de réalisation pris comme exemple, mais non limitatif, et illustré par le dessin annexé, sur lequel: la figure 1 est une coupe transversale d'un transducteur acoustique micromécanique à sélection de fréquences; la figure 2 est une vue en plan du cSté des résonateurs du transducteur acoustique selon la figure 1. A partir d'un substrat 1, on façonne, selon la gamme de fréquences nécessaire, un nombre plus ou moins grand de résonateurs mécaniques sous forme de barreaux flexibles 2.1, 2.2, 2.3. Les fréquences propres de ces résonateurs sont échelonnées et voisines les unes des autres. Ces résonateurs sont placés à une faible distance d en face d'une mince membrane 3 qui est tendue par un cadre 4. Le fente d'air d entre la membrane et les résonateurs est de l'ordre de quelques /um et est déterminée par une couche d'espacement qui a été, soit appliquée sur l'un des deux substrats 1 ou 4, soit façonnée à partir de ceux-ci. La membrane est mise en vibrations par des effets sonores et, par l'intermédiaire de l'étroite fente d'air, fait à son tour osciller les résonateurs à leurs vibrations propres. L'amplitude des résonateurs peut être saisie par voie piézorésistive, piézoélectrique ou capacitive. Dans les deux premiers cas, on applique sur chaque résonateur une résistance piézoélectrique ou un élément piézo- électrique 6.1, 6.2, 6.3 (figure 2). En cas de saisie capacitive du signal, chaque résonateur forme une électrode; les électrodes opposées 7. 1, 7.2, 7.3 sont appliquées sur la membrane sous forme de feuils métalliques isolés (figure 1). Les deux substrats 1 et 4 sont réalisés en silicium mono- cristallin à partir duquel les résonateurs ainsi que la membrane sont façonnés monolithiquement. La couche d'espacement 5 peut être constituée par une mince couche de verre. Le raccordement des deux parties peut alors être effectué par liaison anodique. Le couplage, prévu de cette façon, des résonateurs 2.1, 2.2, 2.3 a une membrane sensible au son donne la possibilité de capter également avec sélection de fréquences le bruit transmis par l'air sans qu'un filtrage électrique compliqué soit nécessaire, comme par exemple dans les microphones classiques. Par le nombre de résonateurs, on détermine la largeur du spectre capté ou sa résolution en fréquences individuelles. Un transducteur acoustique, conçu à large bande par un nombre approprié de résonateurs, possède donc une sensibilité élevée sur toute sa gamme de fréquences. REVENDICATIONS 1. Transducteur acoustique à sélection de fréquences comprenant un certain nombre de résonateurs qui, installés dans un même plan, sont excités dans leur fréquence propre par des vibrations acoustiques et dont les déviations, par rapport à la position de repos à chaque fois consi&- rée, sont transformées en un signal électrique, caractérisé par le fait, qu'à une faible distance (d) et parallèlement au plan des résonateurs (2. 1, 2.2, 2.3), est disposée une membrane vibratile (3) de manière qu'entre chaque résonateur (2.1, 2.2, 2.3) et la membrane (3), il subsiste une fente d'air par laquelle les vibrations de la membrane (3) sont transmises aux résonateur (2.1, 2.2, 2.3). 2. Transducteur acoustique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les résonateurs (2.1, 2.2, 2.3) sont réalisés sous forme de barreaux flexibles fixes d'un seul côté et de différentes fréquences propres. 3. Transducteur acoustique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que sur des surfaces opposées des résonateurs (2.1, 2.2, 2.3), et de la membrane (3), sont disposées des surfaces électriquement conductrices (7.1, 7.2, 7.3) destinées à former des condensateurs à lames. 4. Transducteur acoustique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que des jauges extensométriques (6.1, 6.2, 6.3) sont installées sur les résonateurs (2.1, 2.2, 2.3). 5. Transducteur acoustique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que les résonateurs (2.1, 2.2, 2.3) et/ou la membrane (3) sont fabriqués à partir d'un substrat monolithique. 6. Transducteur acoustique selon la revendication 5, caractérisé par le fait que la membrane (3) et les résonateurs (2.1, 2.2, 2.3) sont respectivement entourés par un cadre rigide à la flexion (1.4) ayant sensiblement les mêmes dimensions internes et que les deux cadres (1.4) sont mutuellement raccordés avec formation d'une fente d'air entre la membrane 3 et les résonateurs (2.1, 2.2, 2.3).