Brevet FR2688923A1 — publié le 19930924

i DISPOSITIF D'ENTRAINEMENT MAGNETIQUE ETANCHE SANS TRAVERSEE DE PAROI ET SONDE ULTRA-SONORE EN COMPORTANT APPLICATION L'invention concerne les dispositifs d'entraînement magnétique permettant d'entraîner un organe placé d'un côté d'une paroi non magnétique à partir d'un arbre menant rotatif, placé de l'autre côté de la paroi. On utilise déjà largement de tels dispositifs pour transmettre un mouvement de rotation dans des conditions d'étanchéité absolue L'arbre menant et l'organe mené, constitué par un arbre coaxial à l'arbre menant, portent l'un et l'autre un aimant Les deux aimants tendent à rester face à face, le pôle nord de chacun d'eux étant aligné avec le pôle sud de l'autre. L'invention vise à fournir un dispositif permettant d'animer l'organe mené d'un mouvement d'oscillation autour d'un axe orthogonal à l'axe de rotation de l'arbre menant lorsque ce dernier tourne de façon continue. Pour cela, l'organe mené est monté basculant autour d'un axe d'oscillation orthogonal à l'axe de rotation de l'arbre menant et porte un aimant à aimantation axiale dont la surface externe a une section droite sensiblement en forme de cercle centré sur l'axe d'oscillation, dans le plan contenant l'axe d'oscillation et l'axe de rotation de l'arbre menant, l'aimant porté par l'arbre menant étant à aimantation axiale et écarté de l'axe. L'invention trouve une application particulièrement importante, bien que non exclusive, en échographie ultra- sonore utilisant une sonde à balayage sectoriel Dans ce cas, la sonde ultra-sonore, généralement plongée dans un liquide de couplage, doit être animée d'un mouvement d'oscillation autour d'un axe A l'heure actuelle, deux solutions sont utilisées dans ce but Ou bien la sonde est entraînée par l'intermédiaire d'un joint tournant, sujet à usure Ou bien le mécanisme d'entraînement est noyé dans le liquide de couplage Mais les gaz emprisonnés ou absorbés risquent alors de se dégager sous forme de bulles troublant la transmission dans le liquide de couplage. Ces défauts sont écartés par le dispositif suivant l'invention. L'aimant porté par l'organe mené sera généralement en forme de tranche de sphère et la paroi de séparation comme la surface terminale de l'aimant porté par l'arbre menant seront en forme de calotte sphérique, de façon que l'entrefer reste constant au cours du mouvement Il est cependant possible, pour faciliter l'usinage, de donner à l'aimant porté par l'organe mené une forme de tranche de cylindre et/ou de donner une surface terminale plate à l'aimant porté par l'arbre menant 1 L'invention propose par ailleurs une sonde ultra- sonore, notamment pour échographie ophtalmologique, com- prenant un dispositif du genre qui vient d'être décrit, dont l'organe mené porte un transducteur ultra-sonore placé dans un espace séparé de l'ambiance par ladite paroi et par une fenêtre en matériau peu absorbant pour les ultra-sons. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode particulier de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels: les figures 1 et 2 sont des schémas de principe, respectivement en élévation et en vue de dessus, montrant les composants essentiels du dispositif, montrés en position médiane en traits pleins, en position de décalage maximum en traits mixtes; les figures 3 et 4 montrent une sonde ultra- sonore incorporant une réalisation possible du dispositif, respectivement en coupe suivant la ligne III-III de la figure 4 et la ligne IV-IV de la figure 3; la figure 5 est un diagramme donnant l'allure de la variation de la tension Vs de sortie d'un capteur de position équipant le dispositif des figures 3 et 4; la figure 6 montre schématiquement l'utilisation d'une sonde ultra-sonore du genre montré en figures 3 et 4 en ophtalmologie. Le dispositif d'entraînement magnétique dont la constitution de principe est illustrée en figures 1 et 2 comprend un arbre menant 10 rotatif autour de son axe 12, dans le sens indiqué par la flèche f et dans le sens opposé. Cet arbre menant est destiné à donner à un organe mené 14 un mouvement d'oscillation autour d'un axe 16 orthogonal à l'axe 12 L'organe mené 14 est séparé de l'arbre 10 par une paroi mince 18 en matériau amagnétique. Pour cela, l'arbre menant 10 porte un aimant 20 qui, dans le mode de réalisation illustré, se présente sous forme d'un pion à aimantation axiale écarté de l'axe, dirigé vers l'organe mené et fixé à un plateau 22 solidaire de l'arbre L'aimant 20, animé d'un mouvement circulaire lors de la rotation de l'arbre 10, est avantageusement placé de façon que son axe coupe l'axe de rotation 12 au point d'intersec- tion avec l'axe de rotation 16 ou à proximité de cette intersection. L'organe mené représenté comprend un corps 24 muni de deux tourillons 26 tournant dans des paliers non représentés et définissant l'axe d'oscillation 16 Le corps 24 porte un aimant 28 destiné à se déplacer en suivant l'aimant 20 de façon à maintenir un entrefer minimum Pour cela, le plan médian de l'aimant 28, qui doit rester sensiblement aligné avec le plan médian de l'aimant 20, aura une forme circulaire ou se rapprochant d'un cercle Dans le cas illustré sur la figure 2, l'aimant 28 présente une forme de tranche de cylindre Dans le cas o l'épaisseur e de cet aimant est importante, il est préférable de lui donner une forme de tranche de sphère, de façon que sa surface puisse rester à distance constante de la paroi 18, qui en règle générale aura une forme de calotte sphérique Pour la même raison, il est avantageux de donner une forme de calotte sphérique à la face terminale de l'aimant 20 lorsque cet aimant a un diamètre important. Le fonctionnement du dispositif ressort de la description qui précède Lorsque l'arbre 10 tourne à partir de l'orientation initiale o l'aimant 20 occupe la position montrée en traits pleins sur les figures 1 et 2, il amène progressivement l'aimant 28 jusqu'à l'orientation 8 (figure 2), puis fait basculer l'aimant 28 en sens contraire Un mouvement de rotation continue de l'arbre 10 provoque ainsi une oscillation de l'aimant 28 avec une amplitude angulaire e qui est fixée par l'angle fait par l'axe de l'aimant 20 avec l'axe de rotation du moteur 12. La disposition qui vient d'être décrite permet d'éviter tout joint rotatif susceptible d'usure et dont l'étanchéité n'est pas parfaite et toute membrane,, à laquelle il est difficile de donner à la fois une souplesse et une résistance suffisantes et une résistance chimique à l'action des milieux dans lesquels elle est susceptible de se trouver. Les figures 3 et 4, o les organes correspondant à ceux des figures 1 et 2 portent le même numéro de référence, montrent la partie terminale d'une sonde ultra-sonore équipée d'un dispositif conforme aux schémas des figures 1 et 2 La sonde comprend un boîtier 32 fermé par une fenêtre 34 destiné à être appliqué sur l'organe à examiner, généra- lement par l'intermédiaire d'un gel destiné à éviter les ruptures d'impédance. Une enveloppe 36 concentrique au boîtier 32 reçoit le moteur d'entraînement, non représenté Une cloison 38 emmanchée transversalement dans l'enveloppe 36 porte l'arbre 10, par l'intermédiaire d'un roulement qui définit l'axe 12. Sur l'arbre est emmanché le plateau 22 qui porte l'aimant Le fond de l'enveloppe 36, constituant la paroi 18, et la face de l'aimant 20 placé en regard sont en forme de calotte sphérique. L'organe mené comporte un corps 24 muni des touril- lons 26, qui tournent dans deux roulements portés par un prolongement de l'enveloppe 36 Le corps 24 porte l'aimant 28 dont la surface externe est constituée par une tranche de sphère concentrique à la paroi 18 En général, les aimants seront du type samarium-cobalt, qui permettent de transmet- tre des couples importants. Un évidement du corps 24 contient un transducteur ultra-sonore, généralement constitué par une céramique piézo-électrique, relié à une électronique non représentée par un câble 42 qui passe dans l'intervalle entre l'enveloppe 36 et le boîtier 32 Un liquide de couplage occupera généralement l'espace délimité par l'enveloppe 36, le boîtier 32 et la fenêtre 34. Il est souvent nécessaire de munir une sonde sectorielle de moyens permettant de visualiser les échos dans les différentes directions de tir dans leur position relative exacte Ces moyens peuvent notamment comporter un codeur incrémental classique (non représenté) calé sur l'arbre 10 Pour permettre une mesure absolue, ce codeur est avantageusement complété par un détecteur permettant de repérer une position angulaire déterminée de la sonde Ce détecteur peut par exemple comprendre une sonde de Hall 43 portée par l'enveloppe et un aimant 44 d'excitation de la sonde de Hall, porté par la tête Un second aimant 44 peut être monté symétriquement sur la tête pour l'équilibrer Du fait que la sonde de Hall est soumise à l'action de l'aimant , en plus de celle de l'aimant 44, la variation de la tension de sortie de la sonde en fonction de l'angle a fait par l'organe mené avec sa position médiane ou de l'angle de rotation de l'arbre menant sera généralement du genre montré en figure 5 Le repérage de la position médiane peut alors s'effectuer par détermination de l'angle de rotation de l'arbre 10 pour lequel la tension de sortie prend une valeur moyenne. On donnera maintenant, à titre d'exemple, les caractéristiques d'une sonde ultra-sonore qui a été effec- tivement réalisée pour être utilisée en ophtalmologie Une telle sonde, destinée à explorer l'oeil en profondeur, comporte un transducteur unique 40, présentant une face avant dont la concavité est telle qu'une pseudo-focalisation se produise légèrement en avant de la rétine lorsque la fenêtre 34 est appliquée sur la paupière, comme indiqué schématiquement sur la figure 6. Il est nécessaire de réduire le plus possible les ruptures d'impédance, sources d'absorption et de réflexions parasites Pour cela, le transducteur 40 est recouvert d'une membrane mince 46, pouvant être constituée en résine synthétique dans laquelle le son se propage sensiblement à la même vitesse que dans l'eau, d'épaisseur correspondant approximativement à un quart d'onde pour la fréquence ultra- sonore utilisée, qui sera généralement de l'ordre de 10 M Hz pour améliorer la résolution et la pénétration Le liquide de couplage séparant la membrane 46 de la fenêtre 34 est choisi de façon à ne pas attaquer le matériau constitutif de la fenêtre, à ne pas s'altérer et à présenter une vitesse de propagation du son comparable à la vitesse dans l'eau On pourra notamment utiliser le propane-diol 1-2 dans lequel la vitesse du son est drenviron 1490 m/s à la température du corps Enfin, la fenêtre 34 est constituée en un matériau peu absorbant, dont le vieillissement est lent, non ir- ritant, dans lequel la vitesse de propagation du son n'est pas trop éloignée de la vitesse dans les tissus On peut notamment utiliser des matériaux thermo-plastiques, tels que le polyméthylpentène, qui absorbe peu les ultra-sons et dans lequel la vitesse du son est d'environ 2010 m/s. La constitution montrée sur les figures 3 et 4 permet, lorsque la fenêtre 34 est appliquée sur la paupière par l'intermédiaire d'un gel de continuité, de faire une observation quasi-complète de l'oeil en profondeur, sur un angle utile d'environ 50 . REVENDICATIONS 1 Dispositif d'entraînement magnétique permettant d'entraîner un organe placé d'un côté d'une paroi ( 18) non magnétique à partir d'un arbre menant ( 10) rotatif, placé de l'autre côté de la paroi, caractérisé en ce que l'organe mené est monté basculant autour d'un axe d'oscillation ( 16) orthogonal à l'axe de rotation ( 12) de l'arbre menant ( 10) et porte un aimant ( 28) à aimantation axiale dont la surface externe a une section droite sensiblement en forme de cercle centré sur l'axe d'oscillation, dans le plan contenant l'axe d'oscillation et l'axe de rotation ( 12) de l'arbre menant ( 10), et en ce que l'arbre menant ( 10) porte un aimant ( 20) à aimantation axiale, écarté de l'axe. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'aimant ( 20) porté par l'arbre menant ( 10) est en forme de pion sensiblement cylindrique, d'axe dirigé vers le centre du cercle. 3 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la face du pion tournée vers le centre est en forme de calotte sphérique. 4 Dispositif selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que l'aimant ( 28) porté par l'organe mené est en forme de tranche de sphère ou de cylindre et en ce que la paroi de séparation ( 18) est en forme de calotte sphérique. Sonde ultra-sonore, caractérisée en ce qu'elle comprend un dispositif suivant l'une quelconque des reven- dications 1 à 4 et en ce que l'organe mené porte un trans- ducteur ultra-sonore ( 40) placé dans un espace séparé de l'ambiance par ladite paroi de séparation ( 18) et par une fenêtre ( 34) peu absorbante pour les ultra-sons. 6 Sonde selon la revendication 5, caractérisée en ce que la sonde comporte des moyens de mesure de la position angulaire du transducteur ( 40), comprenant un codeur incrémental sur l'arbre menant ( 10) et un détecteur 'de repérage d'une position angulaire déterminée du transduc- teur. 7 Sonde selon la revendication 6, caractérisée en ce que le détecteur comprend un aimant ( 44) fixé à l'organe entraîné et une sonde de Hall ( 43) fixe. 8 Sonde selon la revendication 5, 6 ou 7, caracté- risée en ce que le transducteur ( 40) est recouvert d'une membrane mince ( 46) en résine synthétique d'épaisseur correspondant approximativement à un quart d'onde pour la fréquence ultra-sonore utilisée. 9 Sonde selon l'une quelconque des revendications à 8, caractérisée en ce que la fenêtre est en matériau thermo-plastique et l'espace est occupé par du propane-diol 1-2. Sonde selon l'une quelconque des revendications à 9 d'examen de l'oeil, caractérisée en ce que l'angle d'oscillation est d'environ 50 .