Brevet FR2739521A1 — publié le 19970404

Transducteur électroacoustique et antenne de sonar équipée d'un tel transducteur La présente invention se rapporte à un transducteur électroacoustique piézo-électrique destiné à constituer le transducteur élémentaire d'une antenne sonar. L'invention se rapporte plus particulièrement à un transducteur du type Tonpilz (Ton = son, Pilz = champignon, en allemand) ctest-à-dire à un transducteur comportant, en série, un pavillon, un moteur fait d'un empilement de disques en céramique piézo-électrique et une masse arrière ou contremasse. Un transducteur électroacoustique vibre sous l'effet d'une pression alternative acoustique captée par son pavillon ou d'une tension électrique alternative appliquée à son moteur. Les conditions d'utilisation idéales seraient celles où il n'y aurait aucun couplage acoustique avec le milieu extérieur autre que celui de la face active du pavillon avec l'eau ; or ces conditions idéales sont irréalisable s car le transducteur est forcément soumis, lorsqu'il est immergé, à la pression hydrostatique qui agit par l'intermédiaire de son pavillon et de son support puisqu'il faut bien que le transducteur soit fixé et donc qu'il soit tenu quelque part. En particulier, quand il est enfermé dans un boîtier ou dans un carter, il y a couplage acoustique entre ce boîtier ou ce carter et le transducteur. Pour se rapprocher des conditions idéales de fonctionnement il est connu, avec des transducteurs comportant un tube de précontrainte, d'envelopper le transducteur dans une membrane en caoutchouc qui ne laisse libre que la face avant, active du pavillon, autour de laquelle elle est collée ; l'espace entre la membrane et le transducteur est rempli d'air et la membrane doit assurer l'étanchéité de cet espace. L'ensemble transducteur-membrane est placé dans un carter et est maintenu à ses deux extrémités, c'est-à-dire au niveau du pavillon et de la masse arrière.Si cette solution permet d'obtenir le découplage du moteur par rapport au milieu extérieur avec une transmission isotrope de la pression ambiante aux éléments du moteur, il subsiste néanmoins divers inconvénients - le maintien du transducteur au niveau de ses deux extrémités entraîne un couplage acoustique gênant - le maintien au niveau du pavillon, par l'intermédiaire de la membrane en caoutchouc, entraîne une dérive des caractéristiques, en fonction de la température et de la pression, et des pertes de rendement - le tube de précontrainte, vissé à l'une de ses extrémités sur le pavillon et à l'autre de ses extrémités sur la masse arrière, est plaqué tout autour du moteur afin de pouvoir supporter les fortes pressions hydrostatiques, il rée donc des contraintes mécaniques sur le moteur dont il perturbe le fonctionnement. La présente invention a pour but d'éviter ou, pour le moins, de réduire les inconvénients précités. Ceci est obtenu, en particulier, en choisissant sur le transducteur des points de fixation tels que le fonctionnement soit aussi peu perturbé que possible, en utilisant un tube de précontrainte différent des tubes de pré contrainte habituels et en découplant acoustiquement le pavffin de manière séparée. Selon l'invention le transducteur électroacoustique du type Tonpilz, comportant, en série, un pavillon présentant une face avant et une face arrière, un moteur accouplé à la face arrière du pavillon, une masse arrière, un tube de précontrainte qui entoure le moteur et qui est solidaire, à l'une de ses extrémités, de la face arrière du pavillon dont il laisse libre une surface annulaire et, à l'autre de ses extrémités, de la masse arrière, est caractérisé en ce qu'il comporte une membrane en forme d'anneau, remplie de gaz, de dimensions latérales sensiblement équivalentes à celles de la surface annulaire contre laquelle elle est plaquée, en ce que le tube est résistant à la pression hydrostatique et est muni d'une collerette qui entoure le tube dont elle est solidaire et qui est destinée à être reliée à une suspension élastique solidaire d'un support, et en ce que ses liaisons avec le support sont constituées par un contact localisé membrane-support et par la suspension. La présente invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaîtront à l'aide de la description ci-après et des figures s y rapportant qui représentent - la figure 1, un transducteur selon l'invention - la figure 2, une vue partielle d'une antenne de sonar équipée de transducteurs selon la figure 1. Sur les figures les éléments correspondants sont désignés par les mêmes repères. La figure 1 représente un transducteur, T, de type Tonpilz, vu en coupe avec, en série : un pavillon 1, un moteur 2, formé d'un empilement de douze disques en céramique piézoélectrique, et une masse arrière ou contremasse 3 ; cet ensemble a une longueur hors tout de 19 cm et un diamètre de 10 cm pour la fa-e avant du pavillon. Un tube de précontrainte 4 se visse, à l'une de ses extrémités, à l'arrière du pavillon 1, dont il laisse libre une surface annulaire, et, à l'autre de ses extrémités, dans la masse arrière C ; le rôle de ce tube est d'assurer sur les disques de céramique, une pression qui est réglée pour atteindre le point de fonctionnement désiré de ces disques. Contrairement aux tubes de précontrainte habituels, le tube 4 n'est pas plaqué tout autour du moteur 2 mais en est séparé par une couche d'air d'une épaisseur de 0,5 cm. Le tube 4, du fait qu'il ne s'appuie pas sur le moteur 2 comme dans certains transducteurs connus, doit être plus résistant à la pression hydrostatique ; il a une épaisseur de 0,5 cm et est réalisé en un matériau composé de fibres de verre noyées dans de la résine époxy, ce qui lui donne une certaine élasticité dans le sens longitudinal.Il est à remarquer que le tube 4 pourrait également être réalisé, par exemple, en acier. Un joint torique, 10, assure l'étanchéité de la liaison tube-pavillon. Les conducteurs, 20, qui constituent les connexions du moteur passent à travers la masse arrière 3 afin d'éviter d'être dépendants des mouvements de vissage ou de dévissage du tube de précontrainte. Le tube 4 assure trois fonctions : une fonction de précontrainte, une fonction de protection du moteur pour lequel il constitue un boîtier, comme il ressort de ce qui précède, et également une fonction de maintien et suspension du transducteur. Pour remplir cette troisième fonction le tube 4 est muni, à sa périphérie, d'un dispositif de maintien latéral constitué par un épaulement en forme de collerette, 40 ; cet épaulement est situé au niveau du point nodal du transducteur, c'est-à-dlre du noeud de vibration correspondant à la fréquence moyenne de fonctionnement. Dans l'exemple décrit le support du transducteur T est constitué par une plaque externe 5 et une plaque interne 6, maintenues parallèles l'une par rapport à l'autre au moyen d'entretoises qui n'apparaissent pas sur les figures ; quand le transducteur et son support sont immergés les plaques ont leurs deux faces qui baignent dans l'eau. Les plaques sont percées respectivement de deux évidements en regard ; le transducteur traverse ces deux évidements et la face avant de son pavillon se trouve pratiquement dans le même plan que celle des faces de la plaque 5 qui se trouve à l'opposé de la plaque 6. L'évidement percé dans la plaque 6 est un évidement cylindrique dont la paroi est creusée d'une rainure dans laquelle l'épaulement 40 est coincé grâce à une suspension élastique 8 faite de bagues en élastomère synthétique 81, 82 disposées de part et d'autre de l'épaulement ; lorsque l'ensemble selon la figure 1 est immergé cette suspension élastique 8 constitue également une barrière étanche entre le volume empli d'eau, compris entre les deux plaques 5, 6 et le volume rempli d'air compris entre la masse arrière 3 et un capot 9 qui recouvre la masse arrière. L'évidement percé dans la plaque 5 forme une sorte de cuvette circulaire dont le dessus serait à l'opposé de la plaque 6 et dont la partie centrale du fond aurait été enlevée. Le pavillon 1, qui se trouve logé dans cette sorte de cuvette, est découplé acoustiquement de la plaque 5 au moyen d'une lame d'air enfermée dans une membrane souple 7 ; cette membrane est gonflée par l'Intermédiaire d'un tube capillaire 70 relié à un réservoir central non représenté. La membrane souple 7 a sensiblement la forme d'un anneau et est disposée entre la surface annulaire laissée libre, à l'arrière du pavillon, par le tube de précontrainte 4, et la partie périphérique du fond de la cuvette percée dans la plaque 5. il est à remarquer que, pour des problèmes de montage du transducteur sur ses plaques-support 5, 6, les évidements percés dans ces plaques pour y faire passer le transducteur sont munis de bagues amovibles de rétrécissement; ces bagues sont formées de deux demi-bagues référencées 51, 52 pour la plaque 5 et 61, 62 pour la plaque 6 ; des vis telles 50 et 60 permettent le montage des bagues après mise en place du transducteur. La figure 2 montre, en perspective, les deux plaques-support 5, 6 avec le transducteur T et trois autres transducteurs, T1, T2, T3, montés sur les mêmes plaques-support pour constituer une partie d'une antenne de sonar. Sur cette figure les références ont été portées seulement sur le pavillon, 1, la masse arrière, 3, et les conducteurs, 20, du transducteur T. Au vu de la figure 2 il apparaît que le capot 9 qui protège la masse arrière 3 du transducteur T, est un capot allongé qui protège également les masses arrières des transducteurs T1, T2, T3 qui se trouvent donc, elles aussi, dans un espace étanche rempli d'air. Ce capot est soudé sur la plaque 6. La présente invention n'est pas limitée à l'exemple décrit. C'est ainsi que l'air emprisonné dans la membrane 7, entre le moteur 2 et le tube 4 et entre la masse arrière 3 et le capot 9, peut être remplacé par un autre gaz, de préférence inerte. De même l'épaulement 40 peut être conçu pour se visser sur le tube de précontrainte 4 en prévoyant un joint d'étanchéité ; il est alors possible de monter le transducteur sans avoir à munir les plaques 5 et 6 des bagues amovibles 51-52 et 61-62 ; pour cela il faut remplaçer le capot allongé 9 par autant de capots cylindriques qu'il y a de transducteurs et utiliser les bords de ces capots pour former le côté de la rainure creusée dans les parois de l'évidement percé à travers la plaque 6 afin de permettre la mise en place, par la face de la plaque 6 opposée à la plaque 5, de la bague 81, de l'épaulement 40, puis de la bague 82. De même il est possible de situer le dispositif de maintien latéral, c'est-à-dire, dans le cas de la figure 1, l'épaulement 40, ailleurs qu'au point nodal du transducteur. Quant aux plaques 5, 6 elles peuvent ne pas être planes mais présenter des surfaces courbes, par exemple cylindriques, avec chacune autant de facettes que de transducteurs. REVENDICATIONS 1. Transducteur électroacoustique du type Tonpilz, comportant, en série, un pavillon (1) présentant une face avant et une face arrière, un moteur (2) accouplé à la face arrière du pavillon, une masse arrière (3), un tube de précontrainte (4) qui entoure le moteur et qui est solidaire, à l'une de ses extrémités, de la face arrière du pavillon (1) dont il laisse libre une surface annulaire et, à l'autre de ses extrémités, de la masse arrière (3), caractérisé en ce qu'il comporte une membrane (7) en forme d'anneau, remplie de gaz, de diniensions latérales sensiblement équivalentes à celles de la surface annulaire contre laquelle elle est plaquée, en ce que le tube (4) est résistant à la pression hydrostatique et est muni d'une collerette (40) qui entoure le tube (4) dont elle est solidaire et qui est destinée à être reliée à une suspension élastique (8) solidaire d'un support (5, 6), et en ce que ses liaisons avec le support sont constituées par un contact localisé membrane-support et par la suspension. 2. Transducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la collerette (40) est située au point nodal du transducteur. 3. Transducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un capot (9) destiné à être fixé sur le support (5, 6) et à protéger la masse arrière (3), avec un espacement minimum donné entre la masse arrière et le capot. 4. Transducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le support est constitué de plaques (5, 6) qui sont planes au moins à l'endroit où elles sont solidaires de la suspension élastique (8) et en contact avec la membrane (7). 5. Sonar, caractérisé en ce qu'il comporte une antenne (T) équipée de transducteurs selon une au moins des revendications précédentes.