Brevet FR2832018A1 — publié le 20030509

La présente invention concerne un hydrophone à inhibition automatique quand la profondeur d'immersion dépasse un certain seuil ajustable. n est connu de constituer un hydrophone par assemblage d'éléments sensibles à des variations de pression tels que des disques en un matériau piézo-électrique, associés chacun à une paire d'électrodes disposées de part et d'autre. Chaque disque est collé sur un support flexible tel qu'un diaphragme, dont l'une des faces est exposée aux variations de pression à mesurer. Le support flexible est par exemple en forme de coupelle qui peut être supportée par un boîtier rigide ou bien encore être en appui sur une coupelle identique, elle-même porteuse d'un ou plusieurs éléments sensibles, les deux coupelles étant en contact par un rebord et délimitant un boîtier. Les électrodes des deux éléments sensibles sont de préférence interconnectées électriquement de façon à assurer une compensation des effets parasites dus aux accélérations. Lorsque la pression statique extérieure augmente, les deux plaques fléchissent jusqu'à venir en appui l'une contre l'autre. Leur écartement est choisi de façon que leur déformation maximale lorsqu'elles sont plaquées l'une contre l'autre, reste dans les limites de déformation élastique. De cette façon, le capteur est protégé contre les surpressions accidentelles. Le boîtier ainsi constitué peut être revêtu d'une couche d'un matériau transparent aux ondes acoustiques. Les éléments sensibles peuvent être fixés extérieurement au boîtier, ce qui leur confère une sensibilité qui varie peu (moins de 10% pour une pression statique de 10 MPa par exemple) avec les variations de la pression hydrostatique. On recouvre généralement les éléments sensibles par un revêtement protecteur (tel qu'une couche d'araldite enduite d'un vernis) de façon à maintenir une isolation électrique suffisante entre les électrodes. Ce mode d'agencement permet d'obtenir à coût relativement faible des capteurs très sensibles. Suivant un autre agencement connu, les éléments sensibles sont fixés sur les faces intérieures des coupelles et donc à l'intérieur du boîtier, ce qui leur assure une bonne protection contre le milieu extérieur. Une butée peut être disposée entre les deux coupelles pour limiter la déformation des diaphragmes vers l'intérieur et mettre en court-circuit les électrodes des deux éléments sensibles en regard l'une de l'autre. Il est connu également de positionner les boîtiers renfermant un ou deux éléments sensibles, à l'intérieur d'un tube rigide par l'intermédiaire d'un élément de centrage plat évidé réalisé en un matériau déformable, et de couler à l'intérieur une gaine étanche acoustiquement transparent. Dans des applications en écoute sous-marine ou pour la prospection sismique, ces tubes sont répartis en grand nombre à l'intérieur d'une gaine souple souvent de très grande longueur ou"flûte sismique", remplie de kérosène ou d'huile minérale qui est remorquée en immersion par un navire. Différents capteurs piézo-électriques sont décrits par exemple dans les brevets FR 1.556. 971 FR 2.122. 675, FR 2 733 831 (US 5 889 731), FR 2 748 183 ou FR 2 792 802 tous au nom de l'un ou des deux demandeurs, ou les brevets US 3.970. 878,4. 336.639, 4 926 397 ou 5 136 549. Les hydrophones de type piézo-électrique tels que ceux évoqués ci-dessus, sont conçus pour fonctionner dans une certaine gamme de profondeur. La sensibilité des éléments piézo-électrique diminue avec la flexion des diaphragmes. Au-delà d'une certaine flexion, leur réponse aux variations de pression à mesurer cesse d'être fiable, quand elle n'est pas tout simplement nulle en cas de court-circuit des électrodes en regard (capteurs avec éléments sensibles contre les faces internes des coupelles). L'hydrophone selon l'invention L'hydrophone à inhibition automatique selon l'invention est adapté à fonctionner dans une gamme de profondeur bien définie et réglable et à s'inhiber automatiquement en cas de dépassement d'un seuil de profondeur fixé. D comprend au moins une unité de détection produisant un signal électrique sur des fils électriques en réponse aux variations de pression appliquées. Il comporte au moins un diaphragme flexible fléchissant sous l'action de la pression exercée extérieurement sur l'hydrophone et un commutateur disposé en regard de façon à être actionné par le diaphragme pour une pression extérieure déterminée, l'un au moins des fils électriques de l'unité de détection étant connecté au commutateur de manière que le déclenchement du dit commutateur inhibe la réponse de l'élément sensible. Suivant un premier exemple de réalisation, l'hydrophone comporte un corps tubulaire comportant une première chambre fermée par un diaphragme flexible fléchissant sous l'action de la pression exercée extérieurement sur l'hydrophone, et une deuxième chambre ouverte sur le milieu extérieur et communiquant avec la première chambre par un canal. Le commutateur avec son élément poussoir est disposé en regard du diaphragme flexible fermant la première chambre, de façon à être actionné par lui pour une pression extérieure déterminée, l'unité de détection est disposée dans la deuxième chambre, l'un au moins des fils électriques étant connecté au commutateur dans la première chambre, de manière que le déclenchement du commutateur par action du diaphragme flexible inhibe la réponse de l'élément sensible. L'hydrophone comporte par exemple un bloc d'un matériau acoustiquement transparent dans lequel est noyé l'élément de détection de la deuxième chambre. Suivant une première variante de réalisation, la deuxième chambre est séparée de la première chambre par une cloison interne percée d'un canal pour le passage d'au moins un fils électriques reliant le commutateur à l'unité de détection et la paroi intérieure du corps du côté de la première chambre est conformé par exemple pour limiter la déformation du diaphragme vers l'intérieur de la première chambre. Suivant une première variante de réalisation, la deuxième chambre est séparée de la première chambre par une plaque rigide rapportée réalisée en un matériau diélectrique qui est fixée à l'intérieur du corps, cette plaque portant le commutateur et étant adaptée à mettre celui-ci en contact électrique avec au moins un fils électriques reliant le commutateur à l'unité de détection. Cette plaque rigide est par exemple une plaque isolante pourvue de pistes conductrices traversantes permettant de connecter les bornes du commmutateur aux fils électriques de l'unité de détection. L'hydrophone comporte par exemple une bague réalisée en un matériau plastique, qui est disposée dans la première chambre entre le diaphragme et la plaque rigide et adaptée à limiter la déformation du diaphragme vers l'intérieur de la première chambre. Suivant un exemple de réalisation, l'élément de détection dans la deuxième chambre comporte un boîtier constitué de deux coupelles en appui l'une contre l'autre, l'une au moins d'entre elles étant pourvue d'une partie centrale flexible ou diaphragme, et au moins un élément sensible associé à des électrodes, qui est fixé contre la partie centrale d'au moins une des coupelles, des conducteurs électriques reliés aux électrodes de chaque élément sensible, et une gaine de protection de l'unité de détection, le commutateur étant relié à au moins un conducteur électrique. Suivant un exemple de réalisation, l'élément de détection dans la deuxième chambre comporte un boîtier constitué de deux coupelles en appui l'une contre l'autre, l'une au moins d'entre elles étant pourvue d'une partie centrale flexible ou diaphragme, et au moins un élément sensible associé à des électrodes, qui est fixé contre la partie centrale d'au moins une des coupelles, des conducteurs électriques reliés aux électrodes de chaque élément sensible, et une gaine de protection de l'unité de détection, le commutateur relié à au moins un conducteur électrique étant disposé à l'intérieur du boîtier de manière à être déclenché par au moins un diaphragme du boîtier fléchissant sous l'action de la pression hydrostatique. Suivant un autre exemple de réalisation, l'élément de détection comporte un support intermédiaire disposé entre les deux coupelles, le commutateur étant fixé à ce support intermédiaire avec son élément poussoir faisant face à la partie centrale de l'une des coupelles, et une traversée étanche et isolante pour le passage vers l'extérieur du boîtier, d'un conducteur électrique connecté au commutateur. Suivant un autre exemple de réalisation, le commutateur est de type à lames flexibles conformées pour rester en contact électrique l'une avec l'autre tant que la flexion d'au moins un des diaphragmes reste inférieure à une limite fixée. Selon les cas, le commutateur est normalement ouvert ou normalement fermé. Présentation sommaire des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'hydrophone selon l'invention, apparaîtront à la lecture de la description ci-après d'exemples non limitatifs de réalisation, en se référant aux dessins annexés où : - la Fig. l montre schématiquement un premier mode de réalisation de l'hydrophone avec son commutateur permettant l'inhibition contrôlée en cas de dépassement d'une profondeur fixée ; - la Fig. 2 montre schématiquement un mode de réalisation de l'élément de détection de l'hydrophone ; - la Fig. 3 montre schématiquement une gaine de protection pour l'élément de détection ; - la Fig. 4 montrent schématiquement l'élément de détection de la Fig. 3 dans son boîtier tubulaire ; - la Fig. 5 montre schématiquement un deuxième mode de réalisation de l'élément de détection avec un commutateur interne ; et - la Fig. 6 montre schématiquement un troisième mode de réalisation de l'élément de détection avec un commutateur interne à lames flexibles ; les Fig. 7, 8 montrent schématiquement deux variantes de réalisation de l'hydrophone de la Fig. l constituées avec des éléments rapportés à l'intérieur du corps de l'hydrophone et deux commutateurs de modèles différents. Description détaillée L'hydrophone comporte (Fig. l, 4) un corps tubulaire 1 ouvert à ses deux extrémités. Une cloison 2 sépare l'intérieur du corps 1 en deux chambres inégales la, lb communiquant l'une avec l'autre par un canal relativement étroit 3. L'extrémité du corps 1, du côté de la petite chambre la, est fermée par un diaphragme 4 réalisé par exemple en un alliage de Cu/Be. La paroi terminale du corps 1 est chanfreinée vers l'intérieur. La petite cuvette 5 délimitée par ce chanfrein, permet la flexion du diaphragme 4 vers l'intérieur du corps 1. Au centre de la petite chambre la, est fixé (par collage par exemple) un commutateur 6 pourvu d'un élément poussoir 7 sur lequel le diaphragme 4 peut venir peser et actionner en fléchissant. Le commutateur 6 peut selon les cas être normalement ouvert ou normalement fermé. Une unité de réception S sensible à la pression est disposée dans la plus grande des chambres 1 b. Elle est noyée dans un bloc d'un matériau plastique acoustiquement transparent 8 qui l'isole du milieu extérieur. Le signal produit par l'unité de réception S en réponse aux variations de pression du milieu extérieur, est disponible sur des conducteurs électriques 9a, 9b. Le commutateur 6 est interposé sur au moins un des conducteurs de façon que son déclenchement inhibe le signal de l'unité de réception S. Dans le cas où le commutateur 6 est normalement fermé par exemple (Fig. l), on l'interpose sur l'un des fils 9a, de façon que son déclenchement ouvre le circuit. La flexibilité du diaphragme 4 et la position de l'élément poussoir 7 sont choisies de façon que le commutateur 6 soit actionné et l'hydrophone mis hors service pour une pression hydrostatique définie, 3 Mpa par exemple. On a vérifié que la pression hydrostatique de déclenchement restait particulièrement stable et pratiquement insensible au vieillissement. L'unité de réception S peut être d'un type quelconque, avec par exemple un élément sensible constitué d'un tube ou d'une sphère creuse réalisé dans une céramique piézo- électrique associé à des électrodes, les variations de pression qui lui sont transmises créant des contraintes mécaniques que l'élément sensible traduit en signal électrique. Ci-après, est décrit à titre d'exemple un mode de réalisation où l'on utilise la flexion de diaphragmes pour générer des contraintes dans un ou plusieurs disques en céramique piézo-électrique. Chaque unité de réception S comprend (Fig. 2) un boîtier 10 constitué de deux coupelles identiques lOa, lOb disposées symétriquement, en appui l'une de l'autre à leur périphérie, pourvues par exemple d'un bord ou un rebord d'appui 11. Les deux coupelles peuvent être usinées ou bien réalisées par emboutissage. Contre la face de la partie centrale flexible de chacune des coupelles lOa, lOb, est collé un élément sensible 12 tel qu'un disque en céramique piézo-électrique par exemple associé à deux électrodes 12a, 12b. L'électrode 12b de chaque élément sensible est par exemple un film conducteur interposé entre le disque sensible 5 et la face d'appui de la coupelle lOa, lOb, ou bien éventuellement cette face elle-même, si elle est électriquement conductrice. De préférence, suivant un mode de connexion classique, les électrodes 12a, 12b des deux éléments sensibles 12 sont respectivement interconnectées. Quand le boîtier 10 est électriquement conducteur (comme c'est le cas dans le mode de réalisation décrit) c'est lui qui réalise l'interconnexion des électrodes 12b au contact des coupelles lOa, lOb. Les électrodes 12a opposées sont interconnectées par connexion de fils conducteurs associés 13a. Un fil conducteur 13b est connecté électriquement au boîtier 10. La tension électrique générée par les éléments sensibles en réponse aux pressions appliquées extérieurement au boîtier, est disponible entre les fils 13a, 13b. Le boîtier 10 est glissé dans la gaine de protection 14 en un matériau plastique isolant. L'unité de réception 1 dans sa gaine 14, est placée dans un plan médian de la plus grande chambre 1 b (Fig. 4) et noyée dans un bloc d'épaisseur contrôlée. Suivant le mode de réalisation de la Fig. 5, l'hydrophone comporte une unité de réception 1 telle que celle représentée à la Fig. 2, associée directement à un commutateur 15 disposé à l'intérieur du boîtier 2. Le commutateur est fixé à un support intermédiaire 17 disposé entre les deux coupelles 10a, lOb. D est normalement fermé et ses bornes sont intercalées sur le conducteur électrique 13b relié au boîtier. Ce conducteur 13b traverse la paroi du boîtier 10 par l'intermédiaire d'une traversée étanche isolante 18 (une perle de verre par exemple). La tension V délivrée par l'hydrophone est disponible entre les fils conducteurs interconnectés 13a et le fil commun 13b. Là encore, la hauteur des coupelles 10a, lOb et leur flexibilité sont choisies en fonction des dimensions du commutateur 15 de telle façon que l'élément poussoir 16 soit actionné pour une pression hydrostatique limite bien définie, et l'hydrophone déconnecté. Suivant le mode de réalisation schématisé à la Fig. 6, le commutateur 6 est de type à lames flexibles avec une première lame 19 électriquement connectée à l'une des coupelles lOa et une deuxième lame 20 électriquement isolée du boîtier 10 par une perle de verre 16, les deux lames 19,20 étant conformées pour rester en contact l'une avec l'autre tant que la flexion d'un au moins des diaphragmes sous l'action de la pression extérieure reste dans des limites fixées, l'absence de contact mettant par exemple une des bornes de l'hydrophone en l'air . Dans le mode de réalisation de l'hydrophone schématisé aux Fig. 7,8, les éléments identiques à ceux des Fig. 1 et 4 portent les mêmes références numériques. L'hydrophone comporte également un corps tubulaire 1 dont l'une des extrémités est fermée par un diaphragme 4 réalisé par exemple en un alliage de Cu/Be. Contre le diaphragme 4, est appliquée une bague 21 réalisée en un matériau plastique tel que du nylon et chanfreinée vers l'intérieur. La petite cuvette 5 délimitée par ce chanfrein, permet la flexion du diaphragme 4 vers l'intérieur du corps 1. La cloison séparatrice des deux chambres la, 1b est une plaque rigide rapportée 22 réalisée en un matériau non conducteur. Contre l'une de ses faces, du côté de la petite chambre la est fixé le commutateur 6 pourvu d'un élément poussoir 7. Par des pistes conductrices traversant la plaque 22, les bornes du commutateur 6 sont connectées électriquement avec les conducteurs électriques 9a, 9b associés au transducteur S. Le montage de l'hydrophone est ainsi simplifié. On engage d'abord dans le corps 1 par son extrémité ouverte, la bague 21 jusqu'à l'amener au contact du diaphragme et on la fixe à la paroi intérieure du corps, par collage par exemple. Ensuite, on engage la plaque rigide 22 jusqu'à ce que l'élément poussoir soit au contact avec le diaphragme et on la fixe pareillement par collage de manière à séparer les deux chambres de façon étanche. Puis, on place dans le corps le transducteur S relié électriquement à l'un au moins des fils conducteurs reliés au travers de la plaque rigide 22 aux bornes du commutateur 6 et on l'isole du milieu extérieur au corps par remplissage de la grande cavité Ib avec un matériau acoustiquement transparent 8. De la même façon, le commutateur 6 peut selon les cas être normalement ouvert ou normalement fermé. Pour des applications en prospection sismique marine, des hydrophones tels que ceux décrits, peuvent être par exemple répartis à distance les uns des autres le long d'une flûte sismique adaptée à être remorquée en immersion derrière un bateau tracteur. REVENDICATIONS 1) Hydrophone à inhibition automatique en cas de dépassement d'un seuil de profondeur fixé, comprenant au moins une unité de détection (S) produisant un signal électrique sur des fils électriques (9a, 9b) en réponse aux variations de pression appliquées, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une paroi flexible (4, lOa) fléchissant sous l'action de la pression exercée extérieurement sur l'hydrophone et un commutateur (6) disposé de façon à être actionné par la paroi flexible (4, lOa) pour une pression extérieure déterminée, l'un au moins des fils électriques de l'unité de détection (S) étant connecté au commutateur (6) de manière que le déclenchement du dit commutateur (6), inhibe la réponse de l'élément sensible (S). 2) Hydrophone selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un corps tubulaire (1) comportant une première chambre (la) fermée par un diaphragme flexible (4) fléchissant sous l'action de la pression exercée extérieurement sur l'hydrophone, ce diaphragme (4) constituant la dite paroi flexible, et une deuxième chambre (lob) ouverte sur le milieu extérieur et isolée de la première chambre (la), le commutateur (6) étant pourvu d'un élément poussoir (7) qui est disposé dans la première chambre (la) en regard du diaphragme flexible (4) de façon à être actionné par le dit diaphragme pour une pression extérieure déterminée, l'unité de détection (S) étant disposée dans la deuxième chambre (lb), l'un au moins des fils électriques (9a, 9b) étant connecté au commutateur (6) dans la première chambre (la), de manière que le déclenchement du commutateur (6) par action de la paroi flexible (4) inhibe la réponse de l'élément sensible (S). 3) Hydrophone selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte un bloc (8) d'un matériau acoustiquement transparent dans lequel est noyé l'élément de détection (1) de la deuxième chambre (lb). 4) Hydrophone selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la deuxième chambre (lb) est séparée de la première chambre par une cloison interne (2) percée d'un canal (3) pour le passage d'au moins un fil électrique (9a, 9b) reliant le commutateur (6) à l'unité de détection (S). 5) Hydrophone selon la revendication 4, caractérisé en ce que la paroi intérieure du corps (1) du côté de la première chambre est conformé pour limiter la déformation du diaphragme vers l'intérieur de la première chambre (la). 6) Hydrophone selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la deuxième chambre (lb) est séparée de la première chambre par une plaque rigide rapportée réalisée en un matériau diélectrique (22) qui est fixée à l'intérieur du corps (1), cette plaque portant le commutateur (6) et étant adaptée à mettre celui-ci en contact électrique avec au moins un fil électrique (9a, 9b) reliant le commutateur (6) à l'unité de détection (S). 7) Hydrophone selon la revendication 6, caractérisé en ce que la plaque (22) est une plaque isolante pourvue de pistes conductrices traversantes, permettant de connecter les bornes du commutateur (6) aux fils électriques (9a, 9b) de l'unité de détection (S). 8) Hydrophone selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce qu'il comporte une bague (21) réalisée en un matériau plastique, qui est disposée dans la première chambre (la) entre le diaphragme (4) et la plaque rigide (22) et adaptée à limiter la déformation du diaphragme vers l'intérieur de la première chambre (la). 9) Hydrophone selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que l'élément de détection (1) dans la deuxième chambre (lb) comporte un boîtier (10) constitué de deux coupelles (lOa, lOb) en appui l'une contre l'autre, l'une au moins d'entre elles étant pourvue d'une partie centrale flexible ou diaphragme constituant la dite paroi flexible, et au moins un élément sensible (12) associé à des électrodes (12a, 12b), qui est fixé contre la partie centrale d'au moins une des coupelles (lOa, lOb), des conducteurs électriques (13a, 13b) reliés aux électrodes (12a, 12b) de chaque élément sensible (12), et une gaine de protection (14) de l'unité de détection (1), le commutateur (6) étant relié à au moins un conducteur électrique (9a). lO) Hydrophone selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de détection (1) comporte un boîtier (10) constitué de deux coupelles (lOa, lOb) en appui l'une contre l'autre, l'une au moins d'entre elles étant pourvue d'une partie centrale flexible ou diaphragme, et au moins un élément sensible (12) associé à des électrodes (12a, 12b), qui est fixé contre la partie centrale d'au moins une des coupelles (lOa, lOb), des conducteurs électriques (13a, 13b) reliés aux électrodes (12a, 12b) de chaque élément sensible (12), et une gaine de protection (14) de l'unité de détection (1), le commutateur (6) relié à au moins un conducteur électrique (9a, 9b) étant disposé à l'intérieur du boîtier de manière à être déclenché par au moins un diaphragme fléchissant sous l'action de la pression hydrostatique. ll) Hydrophone selon la revendication 10, caractérisé en ce que le commutateur (6) est fixé à un support intermédiaire (17) disposé entre les deux coupelles (lOa, lOb) du boîtier (10). 12) Hydrophone selon la revendication 10, caractérisé en ce que le commutateur (6) est fixé à un support intermédiaire (17) disposé entre les deux coupelles (10a, lOb) du boîtier (10), le commutateur étant fixé à ce support intermédiaire (17) avec son élément poussoir faisant face à la partie centrale de l'une des coupelles, et une traversée étanche et isolante (18) pour le passage vers l'extérieur du boîtier, d'un conducteur électrique (13b) connecté au commutateur. 13) Hydrophone selon la revendication 10, caractérisé en ce que le commutateur (6) est de type à lames flexibles avec une première lame (19) électriquement connectée à l'une des coupelles (lOa) et une deuxième lame (20), les deux lames (19,20) étant disposées et conformées pour rester en contact l'une avec l'autre tant que la flexion d'un au moins des diaphragmes sous l'action de la pression extérieure reste inférieure à une limite fixée. 14) Hydrophone selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le commutateur (6) est normalement ouvert. 15) Hydrophone selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le commutateur (6) est normalement fermé.