Brevet FR2632473A1 — publié le 19891208

La présente invention concerne des dispositifs d'atténuation active de vibrations, notamment de bruit, selon des modes de réalisation particuliers et avec des dispositions en série. LUn dispositif d'atténuation active de vibrations, notamment de bruit, comporte un récepteur M (s'il s'agit de bruit, un microphone), un filtre F avec une partie amplificatrice, et un émetteur HP (s'il s'agit de bruit, un haut-parleur). Le filtre F analyse le signal engendré dans le récepteur M par l'effet de la vibration extérieure, le traite et envoie à l'émetteur HP un signal sous l'effet duquel l'émetteur engendre une antivibration identique en amplitude et en fréquence à la vibration extérieure reçue, mais opposée en phase. L'ensemble récepteur/filtre (avec sa partie amplificatrice et son alimentation électrique)/émetteur constitue une boucle active. La somme de la vibration et de l'anti-vibration est en principe nulle. En pratique, l'imperfection des dispositifs (en particulier le retard entre la réception de la vibration et l'émission de l'anti-vibration) crée des instabilités et empêche d'augmenter à volonté le gain de la boucle. Il y a seulement atténuation de la vibration. On a décrit dans la demande de brevet déposée par le demandeur le même jour que la présente demande et intitulée "dispositif d'atténuation active de vibrations, et notamment de bruit, sans retard acoustique", des dispositifs dont l'efficacité (c'est-à-dire le gain de la boucle active) est améliorée grâce à la réduction du retard acoustique par deux moyens: le récepteur et l'émetteur ont des temps de réponse très inférieurs à la période la plus courte des vibrations à atténuer (pour les vibrations audibles, cette période est d'environ 50 microsecondes), - - la distance entre le récepteur et l'émetteur est très inférieure'à la longueur d'onde la plus courte des vibrations à atténuer (pour les vibrations audibles, cette longueur d'onde est d'environ 15 millimètres) ou même est nulle. On sait aussi réaliser de tels dispositifs en utilisant comme transducteurs (c'est-à-dire, récepteur et émetteur) des membranes de copolymère piézoélectrique, et notamment de polyfluorure de vinylidène (PVF). Un tel dispositif est efficace, mais ne peut pas prétendre résoudre tous les problèmes. Ainsi, notamment: - le gain de boucle n'est pas total. La vibration n'est pas annulée mais seulement atténuée. Or, on peut vouloir atténuer plus que ne le permet un dispositif avec une seule boucle active, - l'atténuation est obtenue au voisinage immédiat de la boucle active, correspondant à la portée de l'émetteur. Or, on peut avoir besoin d'atténuer les vibrations dans une zone plus étendue, par exemple dans une zone allongée. C'est le cas en particulier des vibrations produites par la circulation de liquide ou de gaz dans une conduite (refroidissement, ventilation...), - sous les formes de réalisation décrites dans la demande de brevet citée ci-dessus, les dispositifs à membrane en matériau piézoélectrique ne laissent pas libre passage de matière dans l'espace o la vibration est atténuée. La membrane, qu'elle soit plane, en calotte courbe ou en cône, est disposée en travers du trajet des ondes vibratoires; elle empêche le passage des ondes, mais aussi de toute matière. Or, on peut avoir besoin d'atténuer les vibrations sans faire obstacle à la circulation de matière. C'est en particulier le cas pour la circulation de liquide ou de gaz dans une conduite, déjà évoqué plus haut. Le but de la présente invention est de remédier aux inconvénients des réalisations connues. *35 Suivant l'invention, ce dispositif d'atténuation active de vibrations est caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs boucles actives, indépendantes l'une de l'autre, disposées en série, avec ou sans interposition entre elles de matériau absorbant passif de vibrations. Ces boucles actives peuvent avantageusement être réalisées en utilisant comme transducteurs (récepteur et émetteur) des membranes en matériau piézoélectriques. Le faible encombrement des membranes et la possibilité de leur donner des formes variées, permettent de réaliser une variété de dispositions adaptées aux problèmes à résoudre. En particulier, des dispositions en série permettent de réaliser l'atténuation des vibrations dans un espace allongé, et cela, si nécessaire, en laissant libre passage à la circulation de matière. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description ci-après. Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemple non limitatifs: - la figure 1 est le schéma d'une boucle active avec deux membranes en forme de disque, - la figure 2 est une coupe détaillée de cette boucle, - la figure 3 est le schéma d'un dispositif avec plusieurs boucles en série, - ia figure 4 est le schéma d'une boucle active avec deux membranes en forme d'anneau, - la figure 5 est une coupe-perspective détaillée du montage d'.une membrane en forme d'anneau, - la figure 6 est le schéma d'un dispositif avec plusieurs boucles de ce type en série,: - la figure 7 est le schéma d'un dispositif avec plusieurs boucles en série sur la surface d'un tube, - la figure 8 représente un moyen de réaliser le dispositif de la figure 7 avec des modules tous identiques, - la figure 9 est le schéma d'un dispositif avec alternance de membranes en forme-de disque et de membranes en forme d'anneau, - la figure 10 représente une boucle active en forme de cylindre. La figure 1 représente le schéma d'une boucle active avec un récepteur M, un filtre F et un haut-parleur HP. La vibration extérieure V revue engendre dans le récepteur M un signal; le filtre F traite ce signal et envoie à l'émetteur HP un signal en opposition de phase, sous l'effet duquel l'émetteur HP engendre l'anti-vibration. Chaque transducteur (récepteur-émetteur) consiste en une membrane en matériau piézoélectrique. Sur la figure 1, cette membrane est figurée comme un disque plan, mais elle peut avoir une forme différente, plane ou en calotte courbe, ou en cône ou autre. La figure 2 montre en coupe un montage possible de ces membranes la, lb. Chaque membrane est maintenue par sertissage entre deux anneaux 2 et 3. Ces anneaux, en matériau conducteur de l'électricité, permettent en outre d'assurer les connexions entre les surfaces métallisées de la membrane et le filtre F ou la terre. Sur la figure 2, l'anneau intérieur 2 est relié à la terre et l'anneau extérieur 3 est relié au filtre F. Si l'on dispose en série plusieurs boucles actives (Bi, B2,... BN) de ce type, comme le montre la figure 3, on réalise un dispositif allongé qui est bien adapté: - d'une par.t, à permettre une atténuation très poussée des vibrations. La vibration résiduelle qui a franchi la première boucle Bi sera encore atténuée par la seconde boucle B2 et ainsi de suite. Cette disposition s'applique par exemple au cas d'un bouchon d'oreille de forme quasicylindrique, dont le contour est figuré par les lignes tiretées de la figure 3; - d'autre part, à permettre l'atténuation des vibrations engendrées par un corps vibrant allongé, dont le contour est figuré par les lignes tiretées de la figure 3. Chaque boucle atténue les vibrations sur un tronçoh de ce corps vibrant correspondant à la portée des anti-vibrations que son émetteur délivre. La figure 4 représente le schéma d'une boucle active o les transducteurs (récepteur et émetteur) ont la forme d'un anneau A, entourant l'espace F o se propagent les vibrations à atténuer. La figure 5 montre comment une membrane en matériau piézoélectrique peut être maintenue sous cette forme. La membrane 1 est maintenue par compression entre d'une part deux anneaux intérieurs 2, et d'autre part un anneau extérieur 3 dont la section a la forme d'un U. Ces anneaux sont en matériau conducteur de l'électricité, comme décrit plus haut. Si l'on dispose en série plusieurs boucles actives (Bi, B2,... BN) de ce type, comme le montre la figure 6, on réalise ainsi un dispositif allongé qui présente les mêmes avantages que celui décrit par la figure 3 mais qui, en outre, laisse libre passage à la circulation de matière dans l'espace entouré par les membranes. Cette disposition est donc particulièrement adaptée à l'atténuation des vibrations dans une conduite 5 o circule un fluide, liquide ou gaz (refroidissement, ventilation...). Pour cela, on dispose une série de'boucles actives (Bi, B2,... BN) autour de la conduite 5. Mais une disposition encore plus avantageuse consiste à utiliser la conduite elle-même comme membrane de transducteur. La figure 7 montre un tube cylindrique T en matériau piézoélectrique, par exemple en copolymère piézoélectrique. D'intervalle en intervalle, la surface de ce tube est métallisée sur un tronçon, ce qui forme une alternance de tronçons métallisés TM et de tronçons non métallisés TN. Un couple de deux tronçons métallisés TM successifs, séparés par un tronçon non métallisé TN, peut être utilisé comme une boucle active B. Avec cette disposition, c'est la conduite elle-même (le tube) en matériau piézoélectrique qui constitue les membranes de transducteurs. Pour réaliser'pratiquement un tel tube allongé aux alternances de tronçons métallisés TM et de tronçons non métallisés TN, une solution commode consiste à fabriquer en série des modules tous identiques TI, comportant chacun une 6- partie centrale métallisée TM entre deux parties non métallisées TN et de les assembler bout à bout comme le montre la figure 8. On peut aussi, pour d'autres applications, combiner des membranes de formes différentes. Par exemple, la figure 9 montre une série de boucles actives (Bi, B2,... BN) dont chacune comporte une membrane plane MT(comme celles de la figure 1) et une membrane en forme d'anneau MA (comme celle de la figure 4). On réalise ainsi un dispositif allongé avec alternance de membranes des deux formes. Une autre forme de réalisation est une boucle active B en forme de quasicylindre dont une base est une membrane plane MI (récepteur ou émetteur), et la surface périphérique une membrane en forme d'anneau M2 (émetteur ou récepteur). La figure 10 montre cette disposition. Un tel quasi-cylindre peut avoir une base ouverte, ou les deux bases fermées par une membrane. On peut aussi percer une ouverture à travers les bases matérialisées par des membranes, s'il faut laisser libre passage à de la matière. De telles boucles, disposées en série, réalisent un dispositif allongé analogue à ceux décrits précédemment. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples que l'on vient de décrire et on peut apporter à ceux-ci de nombreuses réalisations sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi, dans tous les cas o il n'est pas nécessaire de laisser libre passage à la circulation de matière, on peut, si on le désire, compléter le dispositif en interposant, dans les intervalles entre les boucles actives, ou même dans les espaces entourés par les boucles, un matériau absorbant passif des vibrations. 7 2632473 REVENDICATIONS 1. Dispositif d'atténuation active de vibrations à boucle active récepteur (M)/filtre (F)/émetteur (HP) sans retard acoustique, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs boucles actives (Bt, B2,... BN) , indépendantes l'une de l'autre, disposées en-série, avec ou sans interposition entre elles de matériau absorbant passif. de vibrations. 2. Dispositif d'atténuation active de vibrations conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que chaque boucle active comporte comme transducteurs, deux membranes (Ti, T2) en matériau piézoélectrique disposées en travers du trajet des vibrations à atténuer. 3. Dispositif d'atténuation active de vibrations conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que chaque boucle active comporte comme transducteurs deux membranes (Ai, A2) en matériau piézoélectrique en forme d'anneau entourant l'espace o se propagent les vibrations à atténuer. 4. Dispositif d'atténuation active de vibrations conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que chaque boucle active comporte comme transducteurs deux membranes (Ml, M2) en matériau piézoélectrique dont l'une (Ml) est disposée en travers du trajet des vibrations à atténuer, et l'autre (M2), en forme d'anneau, entoure l'espace o se propagent les vibrations à atténuer, la fonction de récepteur pouvant être assurée au choix soit par la première, soit par la seconde, et vice- versa pour la fonction d'émetteur. 5. Dispositif d'atténuation active de vibrations conforme à la revendication 3, caractérisé en ce qu'il consiste en un tube (T) en matériau piézoélectrique, dont les parois (P) comportent une alternance de tronçons métallisés (TM) et de tronçons non métallisés (TN), les tronçons métallisés (TM) constituant par eux-mêmes les membranes en forme d'anneaux des boucles actives. - 6. Dispositif d'atténuation active de vibrations conforme à la revendication 5, caractérisé en ce que le tube (T) est fabriqué par assemblage bout à bout de modules identiques (TI) dont chacun comporte un tronçon métallisé (TM) encadré par deux tronçons non métallisés (TN). 7.. Dispositif d'atténuation active de vibrations conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que chaque boucle active a la forme d'un cylindre (C) dont la surface périphérique constitue une membrane en forme d'anneau (MA), et une base constitue une membrane transversale (MT). 8. Dispositif d'atténuation active de vibrations conforme à l'une des revendications i à 7, caractérisé en ce que le matériau piézoélectrique est un copolymère piézoélectrique. 9. Dispositif d'atténuation active de vibrations conforme à la revendication 8, caractérisé en ce que le matériau piézoélectrique est un polyfluorure de vinylidène. 10. Dispositif d'atténuation active de vibrations conforme à la revendication 3, caractérisé en ce qu'il est appliqué à l'atténuation des vibrations, notamment du bruit, engendré par la circulation de fluide dans une conduite.'