Brevet FR2641612A1 — publié le 19900713

Capteur acoustique intégré de pression et d'accélération La présente Invention concerne un capteur acoustique intégré de pression et d'accélération pour hydrophones symétri- ques à céramiques piézoélectriques. En acoustique sous-marine les hydrophones sont conçus pour fournir des signaux électriques proportionnels aux pressions dynamiques exercées sur les céramiques et leur sensibilité accélérométrique est réduite pour que les signaux fournis soient indépendants des forces d'accélération. Cette réduction de sensibilité est obtenue simplement en compensant de manière différentielle deux céramiques piézoélectriques, l'orientation de leurs axes de polarisation étant en opposition. Cependant le montage en parallèle des cellules ne permet pas de connaître la contribution apportée par chaque cellule pour l'obtention de la tension globale et prive de ce fait l'utilisateur de la connaissance des forces d'accélération appliquées sur l'hydrophone. Le but de l'invention est de pallier l'inconvénient précité. A cet effet, l'invention a pour objet, un capteur acoustique intégré de pression et d'accélération dynamiques du type comprenant deux plaques en matériau piézoélectrique, d'axes électriques opposés, en appui respectivement par une première face perpendiculaire à leur axe électrique sur deux parois intérieures planes parallèles et opposées d'un boitier caractérisé en ce que les plaques sont en appui également par leurs deuxièmes faces, parallèles à leur première face, sur une masse d'inertie en matériau non conducteur de l'électricité interposée entre elles et en ce que les premières et deuxièmes faces sont recouvertes par des électrodes métalliques. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront grâce à la description qui soit faite en regard des dossiers annexés qui représentent: - La figure 1 un premier mode de réalisation d'un capteur sïloil I:invention. - Les figures 2A et 2B une illustration d'un fonctionnement en détecteur de pression du capteur de la figure 1. - Les figures 3A et 3B une illustration d'un fonctionnement en détecteur d'accélération du capteur de la figure 1. - La figure 4 un deuxième mode de réalisation du capteur selon l'invention. Le capteur selon l'invention qui est représenté à la figure 1 comprend deux plaques de céramique piézoélectrique 1 et 2 à faces parallèles, notées respectivement l, lb et 2a, 2bs séparées par une lame isolante 3 à faces planes parallèles 3a et 3b douée d'une masse d'inertie. Les faces planes parallèles des plaques 1 et 2 sont perpendiculaires à leur axe de polarisation électrique respectif P1, P2. L'ensemble est solidaire des parois 4a et 4b d'un boîtier 4 en contact avec les faces la et 2a des céramiques 1 et 2. Les faces la et 2a des plaques 1 et 2 et les faces 3a et 3b de la lame sont métallisées pour former respectivement des électrodes.Les faces métallisées la et 2a sont reliées ensemble électriquement et servent de masse de référence à un circuit soustracteur 5 et å un circuit additionneur 6. Les circuits 5 et 6 possèdent deux entrées reliées électriquement respectivement aux faces métallisées 3a et 3b de la lame 3. Le circuit soustracteur .5 fournit sur sa sortie une tension S1 proportionnelle à l'accélération subit par le capteur et le circuit additionneur 6 fournit une tension Sp proportionnelle à la pression dynamique exercée entre les faces la et 2a Le fonctionnement est illustré par les figures 2A et 2B d'une part, et les figures 3A et 3B, d'autre part. Lorsqu'une pression est appliquée par l'intermédiaire du boîtier 4 stir les faces la et 2a, les deux plaques 1 et 2 sont soumises à des contraintes symétriques de compression ou d'extension qui maintiennent la lame 3 immobile. Lorsqu'il y a compression, il y a, comme le représente la figure 2A, création de charges positives électriques en nombre égal sur les faces métallisées ?;; ai;; 3E, Par eond1c. lorsqv'ji y a extension il y a, comme le montre la figure 2B, créations de charges négatives en nombre égal sur chacune des faces 3a et 3b De la sorte, la tension fournie à la sortie du circuit soustracteur 5 reste nulle et celle fournie à la sortie du circuit additionneur 6 est sensiblement égale au double de la tension développée entre les faces métallisées respectivement, (laye 3a) et (2a, 3b) Par contre, dans le cas d'une accélération appliquée su boîtier 4, l'inertie de la lame 3 provoque sur une plaque un effet de compression et sur l'autre plaque un effet d'extension, comme représenté sur les figures 3A et 3B. Les charges électriques développées sur les faces 3a et 3b sont alors différentes en signe, et la tension développée à la sortie du circuit soustracteur 5 est différente de zéro. Dans l'exemple de réalisation de la figure 4, les plaques en céramique 1 et 2 sont remplacées par des feuilles de polymère piézoélectrique type PVF2 enrobées dans une enveloppe 4 en matériau viscoélastique transparents aux ondes acoustiques, tel que le polyuréthane. Les autres éléments du capteur identiques à ceux de la figure 1 sont représentés avec les mêmes références. L'utilisation d'un polymère piézoélectrique se prête assez bien à la réalisation d'antennes pour sous-marins. Pour cette application l'enveloppe 4 est directement collée à la coque 7 du sous-marin de la façon représentée à Ia figure 4 par un joint de colle 8. Les dimensions du capteur peuvent être grandes, par exemple 1 mètre de hauteur sur 50 cm de largeur, formant un capteur surfacique plat d'épaisseur inférieure à 10 cm. L'intérêt est que le signal accélérométrique fourni par le circuit soustracteur 5 peut être utilisé pour compenser, après un traitement approprié, l'effet du rayonnement du support sur l'hydrophone et ceci pour tous les hydrophones de l'antenne. REVENDICATIONS 1. Capteur acoustique intégré de pression et d'accélération dynamiques du type comprenant deux plaques en matériau piézoélectrique (1, 2), d'axes de polarisation opposés, en appui respectivement par une première face (1a, 2a), perpendiculaire à leur axe électrique sur deux parois (4a' 4b) intérieures planes parallèles et opposées d'un boîtier (4) caractérisé en ce que les plaques (1, 2) sont en appui également par des deuxièmes faces (lb, 2b), parallèles à leur première face, sur une masse d'inertie (3) en matériau non conducteur de l'électricité interposée entre elles et en ce que les premières (la, 2a) et deuxièmes faces (1b, 2) sont recouvertes par des electrodes métalliques. 2. Capteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que la masse d'inertie (3) à la forme d'une lame possédant au moins deux faces planes parallèles (3a' 3b) placés en vis à vis respectivement d'une deuxième face (1b, 2b) d'une plaque (1, 2). 3. Capteur selon la revendication 2 caractérisé en ce que les électrodes sont formées par métallisation des premières (18, 2a) et deuxièmes faces (lb, 2b) des cellules et/ou des faces parallèles (3a' 3b) correspondantes de la lame (3) en appui sur les deuxièmes faces (1, 2) des céramiques. 4. Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en que les électrodes des premières faces (1a, 2b) des plaques sont reliées ensemble pour former le potentiel de référence de calcul à un circuit soustracteur (5) et à un circuit additionneur (6), les première et deuxième entrées d'opérande des circuits soustracteur (5) et additionneur (6) étant reliées respectivement à une électrode recouvrant une deuxième face (lb, 2b) d'une plaque, ou les faces parallèles (3a' 3b) de la lame (3). 5. Capteur selon l'une quelconque des revendications i à 4 caractérisé en ce que les plaques (1 et 2) sont en céramique piézsblectrique, 6. Capteur selon l'une quelconque des revendications i à 4 caractérisé en ce que les plaques sont formées par des feuilles de polymère PVF2. 7. Capteur selon la revendication 6 caractérisé en ce que les feuilles de polymère PVF2 sont enrobées avec la lame (3) dans une enveloppe (4) en matériau viscoélastique transparent aux ondes acoustiques. 8. Capteur selon la revendication 7 caractérisé en ce que le matériau viscoélastique est du polyuréthane.