Brevet FR2685784A1 — publié le 19930702

TRANSDUCTEUR A GAZ La présente invention concerne les transducteurs d'émission basse fréquence ,qui fonctionnent dans un milieu liquide, généralement la mer, et peuvent être soumis & des pressions hydrostatiques En acoustique sous-marine ,on est amené & réaliser des transducteurs d'émission basses fréquences,en dessous de 2 KHz .Lorsque l'on utilise comme moteur une céramique piézo électrique,et que l'on calcule de tels transducteurs,on s'apervoit que plus on veut descendre en fréquence ,plus les transducteurs sont longs ( Elasticité des céramiques ) et d'une masse et d'un encombrement importants En effet la fréquence de résonance est directement liée a la masse et a l'élasticité L'hydraulique a déja été utilisée en acoustique sous marine comme agent moteur,pour des applications basses fréquences . Le gaz comprimé n'a pas eu encore d'application La présente invention qui va être décrite porte sur un transducteur a gaz Les avantages du gaz comprimé comme agent moteur sont nombreux a savoir - Rapidité d'action Le gaz peut être véhiculé dans les canalisations a des vitesses bien supérieures a celles de l'huile 50 a 100 m/s pour le gaz sans perte de charge exagérées et 5 m/s maximum pour l'huile - Simplicité Les faibles pertes de charge rendent possible la création d'un poste central unique de compression. - Les échappement peuvent se faire librement, il n'est pas nécéssaire comme dans des systèmes hydrauliques de les ramener a un réservoir. - Les canalisations toujours grace aux faibles pertes de charge peuvent être longues , ce qui permet de résoudre les cas de dispersion de matériel.On peut ainsi créer une distribution offrant les mêmes facilités qu'un réseau électrique. - Grace a la compressibilité du gaz , les fuites ne peuvent pas , comme dans un système hydraulique, provoquer l'éffrondrement de la pression et perturber le fonctionnement du système - Stabilité La viscosité cinématique des gaz croit avec la température ,contrairement aux huiles et décroit proportionnellement lorsque la pression augmente, mais dans de faibles proportions La viscosité est déterminé par la loi de SUTHERLAND T : Temperature absolue -7 K : 1,49 .10 pour le systhme CGS C : 120 : : Poises Le tableau ci-dessous montre les variations de viscosité de l'air en fonction de la température, comparées ci l'huile clwindlce de viscosité 100 Température Viscosité de l'air Viscosité de l'huile 30'C 18,5Centistoque 38 Centistoque 20'C 15,5 " 153 o. C 13,7 " 760 -Propre té Une installation fonctionnant au gaz comprimé est propre . I1 n'y a pas comme en hydraulique l'inconvéniant des fuites et suintements qui polluent. -Economi c La simplicité et la robustesse sont des facteurs d'économie.ès canalisations sont de dimensions plus réduites donc oins volumineuses. Pour palier ces inconvéniants et le manque d'existance de transducteur opérationnel et a faible cout,fonctionnant en basse fréquence ,inférieur au Kz ,l'invention propose un transducteur a gaz comprimé, pour production de vibration sonore D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront clairement dans la description suivante faite A titre d'exemple non limitatif. L'invention a pour objet un transducteur a gaz constitué de plusieurs éléments mécaniques qui sont les suivants - Une pièce massive (1) qui fait office de contre masse. Cette pièce comporte un orifice ou plusieurs, pour l'alimentation en gaz ,ainsi que des orifices d'échappement.pour la réalisation on choisira généralement un matériau dont la densité est élevée. - Une pièce (2) qui fait office de pavillon ,plus légère que la (1) .C'est cette pièce qui vibre et génère ainsi des pressions sonore au milieu marin La partie avant de cette pièce représente l'interface avec l'eau - Un certain nombre de bagues (3) qui se situent au niveau des orifices d'échappements et qui assurent a un certain momment l'étanchéité de la chambre a gaz comme nous le verons ensuite.Ces bagues peuvent être du type élastomérique ou autre - Une tige (4) cylindique et de petite dimension.Cette tige est liée a la partie (2) et passe au travers de la partie (1). Cet assemblage permet un centrage de la partie (1) par rapport a la partie (2).Cette pièce a également une autre fonction comme nous le verrons par la suite. - Un joint (5) assure l'étanchéité entre la chambre a gaz (6) et la cavité (7).Ce joint peut-etre du type élastomérique - Une membrane (8) du type élastomérique assure l'étanchéité de la chambre a gaz. - des bandes (9) lient (8) a (1) et (2). L'ensemble constitué des pièces (8) et (9) n'est qu'un exemple de réalisation et peut être plus ou moins complexe en fonction de l'environnement du tansducteur ,en particulier de l'immersion de tavail et donc de la pression hydrostatique. - Un piston (10) est lie a la tige centrale (4) a l'arrière de la contre masse (1). - Un carter (11) contient le piston (10). - Un joint torique (12) monté sur la pièce (10) assure I'étanchéité entre les cavités (7) et (13). - Sur le carter (11) il existe un orifice (14) et un orifice (15) de mise en pression de gaz Le principe de fonctionnement de l'invention va être decrit a l'aide d'un exemple non limitatif de réalisation, illustrué par la figure annexée présentant un transducteur de l'invention Le gaz sous pression arrive par l'orifice d'alimentation et installe dans la chambre a gaz (6) un certain niveau de pression . le gaz sous pression arrive dans la chambre (7) par l'orifice (14) et installe un certain niveau de pression. Lorsque le niveau de pression est suffisant dans la chambre a gaz (6) ,le pavillon (2) se déplace vers l'avant découvrant ainsi les orifices d'échappement (3). A ce momment la pression chute dans la chambre a gaz (6)et le pavillon revient en arrière car il existe une certainne pression dans la cavité (7). Le pavillon vient alors obturer les clapets (3) et la pression croit a nouveau dans la chambre a gaz(6) Le pavillon va ainsi vibrer en permanence En fonction de l'immersion qui a pour concéquence une augmentation de la pression hydrostatique,on fera évoluer la pression dans la chambre a gaz (13). Cette pression , dans la chambre (13)peut être obtenue soit automatiquement par une membrane de compensation exterieure ,soit par une contre pression pilotée . La fréquence de vibration du pavillon est donnée par Le débit de gaz injecté par l'orifice d'alimentation .Si on modifie ce débit on peut modifier la frequence de travail du transducteur. La frequence de vibration du pavillon est donnée par le volume de la chambre a gaz.En effet si on modifie ce volume on peut faire évoluer la fréquence de travail du transducteur Les deux possibilités de réglage de la fréquence donnent a ce type de transducteur une grande souplesse de fonctionnement La puissance sonore est donnée par la pression du gaz que l'on peut régler sans problèmes particuliers. RE VENDI CATI ONS 1 . Transducteur d'émissions ,a gaz comprimé, pour production de vibration sonores sous marine .Fonctionnant en basse fréquence de quelques Hz a plusieurs KHz ), qui peut fonctionner dans l'eau en immersion profonde ; Comportant un pavillon (2),une contre masse (l),des clapets (3),une tige centrale (4),un carter (11) et un piston (1O).L'étanchéité de la chambre a gaz (6) étant assurée par une membrane élastomérique (8).L'espace située entre le pavillon (2) et la contre masse (1),limité a la périphérie par la membrane (8),forme la chambre a gaz (6). 2 . Transducteur selon la revendication 1, Caractérisé par le fait que l'on peut faire varier la fréquence en faisant évoluer le débit de gaz injecté par l'orifice (A) a l'aide d'un réducteur de débit classique 3 . Transducteur selon la revendication 1 ou la revendication 2 caractérisé par le fait qu'il comporte un système d'équipression conçu pour les grandes immersions; comportant un piston (10),muni d'une étanchéité (12) ,d'un carter résistant (11) et de deux orifices (14) et (15) d'admission du gaz comprimé