Brevet FR3041496A1 — publié le 20170324

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un capteur acous- tique ayant une membrane avec deux faces opposées oscillant à une fréquence de fonctionnement du capteur acoustique et exactement un transducteur électroacoustique installé sur l'une des surfaces opposées de la membrane et transformant un signal électrique en une oscillation mécanique pour exciter la membrane à osciller à la fréquence de fonctionnement. Etat de la technique Dans les capteurs acoustiques, notamment les capteurs à ultrasons utilisés en technique automobile, il est souvent nécessaire au montage du capteur acoustique de disposer la surface de rayonnement du capteur acoustique selon un certain angle par rapport à la surface adjacente d'un composant du véhicule, pour saisir certaines zones de l'environnement du véhicule. Ce positionnement est nécessaire car les capteurs acoustiques ont une caractéristique directionnelle symétrique et leur direction principale de rayonnement est perpendiculaire au plan de la membrane. Dans le cas d'une membrane circulaire, la caractéristique directionnelle est généralement symétrique en rotation avec un même angle d'ouverture de 30° autour de l'axe principal de cette caractéristique directionnelle. Pour installer les capteurs acoustiques sur un véhicule, on rencontre souvent des conflits entre le positionnement nécessaire et l'orientation du capteur acoustique pour saisir toutes les plages impor- tantes de l'environnement du véhicule et aussi tenir compte de l'esthétique et de l'aspect fonctionnel, tel que par exemple l'aérodynamisme du véhicule. Ainsi, on connaît selon les documents DE19614885C1, DE10138892A1, des capteurs à ultrasons dont la forme de la mem- brane influence la caractéristique directionnelle. But de l'invention La présente invention a pour but de développer un cap- teur acoustique dont l'axe principal de la caractéristique directionnelle n'est pas perpendiculaire à la surface de rayonnement, c'est-à-dire la membrane du capteur acoustique. 3041496 2 Exposé et avantages de l'invention A cet effet, la présente invention a pour objet un capteur acoustique ayant une membrane avec deux faces opposées oscillant à une fréquence de fonctionnement du capteur acoustique, ayant exacte- 5 ment un transducteur électroacoustique installé sur l'une des surfaces opposées de la membrane et transformant un signal électrique en une oscillation mécanique pour exciter la membrane à osciller à la fréquence de fonctionnement, ce capteur acoustique étant caractérisé en ce que le centre de gravité du transducteur électroacoustique précis se situe à 10 côté du centre de gravité de la membrane. L'invention développe ainsi un capteur acoustique dont la membrane forme, sur au moins un côté, une surface pratiquement plane qui s'intègre à niveau au contour du véhicule. L'axe principal de la caractéristique directionnelle du capteur acoustique n'est pas per- 15 pendiculaire à la membrane, mais est orienté suivant une direction pré- définie. Cela permet de modifier, de manière simple, la direction de rayonnement du capteur acoustique. On a ainsi un capteur acoustique offrant un degré de liberté très poussé pour choisir l'endroit où il sera installé sur le véhicule. 20 De façon préférentielle, l'épaisseur de la membrane sur les faces opposées diminue en fonction de la distance par rapport au transducteur électroacoustique. En d'autres termes, la membrane est la plus épaisse dans la zone du transducteur électroacoustique. On obtient ainsi un angle particulièrement plat entre l'axe principal de la ca- 25 ractéristique directionnelle du capteur acoustique et la membrane. En même temps, la résistance aux vibrations de la mem- brane est réduite au minimum de sorte que l'amortissement de la membrane reste faible, ce qui aboutit à un capteur acoustique particulièrement efficace. 30 Il est également avantageux que dans la zone dans la- quelle se trouve le transducteur électroacoustique, la membrane soit d'épaisseur différente à celle des zones adjacentes au transducteur électroacoustique. Cela permet de manière simple d'optimiser la fréquence de résonance de la membrane. 3041496 3 Suivant une autre caractéristique avantageuse, dans la région du centre de gravité du transducteur électrostatique, la membrane est plus mince dans la région de la zone marginale du transducteur électroacoustique ce qui permet une très grande mobilité du 5 transducteur électroacoustique lorsque celui-ci est excité pour vibrer. L'amortisseur ainsi réduit au minimum se traduit par un capteur acoustique particulièrement efficace. Suivant une autre caractéristique avantageuse, le trans- ducteur électroacoustique est appliqué dans la zone marginale contre la 10 membrane et dans la zone sous le centre de gravité de la membrane qui est distante de la membrane. Ainsi, on a un creux dans la membrane qui se trouve sous le transducteur électroacoustique pour une transmission optimale des vibrations du transducteur électroacoustique vers la membrane. L'oscillation du transducteur électroacoustique est à 15 peine amortie et permet une accélération plus efficace de la membrane. Selon une autre caractéristique avantageuse, le centre de la gravité de la surface de la membrane est le centre de gravité surfacique de la membrane de sorte que la surface de la membrane est l'élément déterminant pour le signal acoustique émis par le capteur 20 acoustique, ce qui influence de manière particulièrement ciblée la ca- ractéristique directionnelle du capteur acoustique. Suivant une autre caractéristique avantageuse, le centre de gravité de la surface de la membrane est le centre de gravité massique de la membrane. Comme les caractéristiques de vibration de la 25 membrane, notamment sa fréquence de résonance dépendent de la masse de la membrane et de sa répartition, on garantit ainsi d'influencer de manière ciblée la caractéristique directionnelle du capteur acoustique. Si la membrane a une épaisseur constante, le centre de gravité de la surface de la membrane correspond au centre de gravité 30 massique de la membrane. Il est en outre avantageux que le centre de gravité de la surface de la membrane se trouve à l'extérieur de la surface sur laquelle s'appuie la surface du transducteur électroacoustique. En d'autres termes, le centre de gravité de la membrane est à côté du transducteur 3041496 4 électroacoustique, ce qui influence très fortement la caractéristique directionnelle du capteur acoustique. Suivant une autre caractéristique avantageuse, la surface de la membrane est asymétrique par rapport à l'axe de symétrie et/ou 5 par rapport à un centre de symétrie, ce qui se traduit par un angle par- ticulièrement plat entre l'axe principal de la caractéristique directionnelle du capteur acoustique à la membrane. Suivant une autre caractéristique avantageuse, la surface du transducteur électroacoustique par laquelle il s'appuie sur la mem- 10 brane est asymétrique par rapport à l'axe de symétrie et/ou par rapport au centre de symétrie. Il en résulte un angle particulièrement plat entre l'axe principal de la caractéristique directionnelle du capteur acoustique et la membrane. Suivant une autre caractéristique avantageuse, le cap- 15 teur acoustique est un capteur à ultrasons pour les applications dans le domaine automobile. Précisément, dans ce domaine, les exigences sont très poussées quant aux propriétés optiques des capteurs acoustiques auxquelles répond précisément le capteur selon l'invention. Des exemples de dispositif de transducteur électroacous- 20 tique sur une membrane sont connus selon les documents DE19614885C1, DE4120681A1, DE10138892A1 et DE102010027780A1. Dessins La présente invention sera décrite ci-après, de manière 25 plus détaillée à l'aide d'exemples de capteurs acoustiques selon l'invention, représentés dans les dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une coupe d'un premier mode de réalisation d'un capteur acoustique selon l'invention, la figure 2 est une vue de dessus en coupe du premier mode de 30 réalisation du capteur acoustique selon l'invention, la figure 3 est une vue de dessus en coupe d'un second mode de réalisation d'un capteur acoustique selon l'invention, la figure 4 est une section d'une membrane d'un transducteur acoustique d'un capteur acoustique selon un troisième mode de 35 réalisation de l'invention. 3041496 5 Description de modes de réalisation La figure 1 est une section d'un premier mode de réalisa- tion d'un capteur acoustique 1 selon l'invention. Le capteur acoustique 1 a un boîtier 4 et un convertisseur (transducteur) électroacoustique 3. 5 Le boîtier 4 a une membrane 2. Le boîtier 4 a la forme d'un pot. La membrane 2 constitue le fond du pot. La membrane 2 a deux surfaces 2a, 2b opposées. Les surfaces opposées 2a, 2b se composent d'une surface intérieure 2a et d'une surface extérieure 2b. La surface intérieure se trouve dans la zone 10 intérieure du boîtier 4 c'est-à-dire à l'intérieur du pot et la surface exté- rieure 2b est sur le côté extérieur du boîtier 4. Les surfaces opposées 2a, 2b se correspondent par leur périphérie. Dans ce premier mode de réalisation, le boîtier 4 et la membrane 2 sont en une seule partie. La partie du boîtier 4 qui forme 15 la membrane 2 est mince ; elle est réalisée en un matériau souple, ce qui permet à la membrane 2 d'osciller. L'épaisseur de la membrane, c'est-à-dire la distance entre les deux surfaces extérieures 2a, 2b est choisie pour que la membrane 2 oscille à la fréquence de fonctionnement du capteur acoustique 1 lorsque la membrane est excitée par le 20 transducteur électroacoustique 3. Le transducteur électroacoustique 3 est installé sur l'une des surfaces 2a, 2b opposées de la membrane 2. Dans ce premier mode de réalisation du capteur acoustique 1, le transducteur électroacoustique 3 se trouve sur la surface intérieure 2a de sorte qu'il est ainsi à 25 l'intérieur du boîtier 4. Le transducteur électroacoustique 3 convertit un signal électrique en une oscillation mécanique pour exciter la membrane 2 à osciller à la fréquence de fonctionnement. Le transducteur électroacoustique 3 est un oscillateur par flexion ou un oscillateur en épaisseur. Le 30 signal électrique est une tension alternative haute fréquence appliquée au transducteur électroacoustique 3 par une électronique non détaillée à la figure 1. Le transducteur électroacoustique 3 est relié à la membrane 2 ou est en contact libre avec celle-ci. Le transducteur électroacoustique 3 est excité par le signal électrique pour générer des 35 oscillations mécaniques ; ainsi, il transmet cette oscillation à la mem- 3041496 6 brane 2 et l'excite à osciller à la fréquence de fonctionnement correspondante. La figure 2 est une vue de dessus en coupe du premier mode de réalisation du transducteur acoustique 1. Cette vue de dessus 5 en coupe représentée à la figure 2 a été choisie pour permettre de voir le boîtier 4 en forme de pot. Il apparaît ainsi que la surface intérieure 2a s'étend dans une première direction plus loin que dans une seconde direction. La première direction selon la figure 2 va du haut vers le bas. La seconde direction selon la figure 2 va de la gauche vers la droite 10 dans le boîtier 4 à une périphérie extérieure circulaire et une périphérie intérieure qui correspond à la périphérie extérieure de la membrane 2. La membrane 2 de ce premier mode de réalisation a une épaisseur constante. Ainsi, la distance entre les surfaces opposées 2a, 2b dans chaque zone de la membrane est la même si bien que le centre 15 de gravité SP1 de la surface 2a de la membrane 2 est au centre de la surface 2a de la membrane 2. Ce centre de gravité SP1 de la membrane est également le centre de gravité de la surface considéré comme centre de gravité massique de la membrane 2. Le transducteur électroacoustique 3 a la forme d'un 20 disque circulaire. Ce disque circulaire s'applique sur la membrane 2 par une surface plane circulaire. Le centre de gravité SP2 du transducteur électroacoustique 3 est ainsi le centre de la surface circulaire du transducteur électroacoustique 3. La position du transducteur électroacoustique 3 sur la 25 membrane 2 est choisie pour que le centre de gravité SP2 du transduc- teur électroacoustique 3 ne se situe pas directement au-dessus du centre de gravité SP1 de la surface supérieure 2a de la membrane 2 lorsque ces éléments sont considérés en vue de dessus sur la surface supérieure intérieure 2a de la membrane 2. En d'autres termes, l'axe 30 vertical perpendiculaire à la surface de la membrane 2 et passant par son centre de gravité SP1 et l'axe vertical perpendiculaire à la surface du transducteur électroacoustique 3 et passant par son centre de gravité SP2 ne se rencontrent pas. 3041496 7 Ainsi, le centre de gravité SP2 du transducteur électroa- coustique 3 coopère avec le centre de gravité SP1 de la surface supérieure 2a de la membrane 2. La membrane 2 porte uniquement le transducteur élec- 5 troacoustique 3 et aucun autre transducteur électroacoustique. Ainsi, ce transducteur est précisément un transducteur électromécanique 3 installé sur la membrane 2. La figure 3 est une vue de dessus coupée d'un second mode de réalisation d'un capteur acoustique 1 selon l'invention. Ce se- 10 cond mode de réalisation selon l'invention correspond pour l'essentiel au premier mode de réalisation de l'invention. Dans ce second mode de réalisation, le transducteur électroacoustique 3 est sous la forme d'un disque elliptique. Le centre de gravité SP2 du transducteur électroacoustique 3 est décalé par rapport au centre de gravité SP1 de la sur- 15 face 2a de la membre 2 pour que la membrane et le transducteur électroacoustique 3 ne présentent pas d'axe de symétrie lorsque l'on observe en commun, en vue de dessus, la surface supérieure plane. Le centre de gravité SP1 de la surface 2a de la membrane 2 est à l'extérieur de la surface d'appui du transducteur électroacous- 20 tique 3 sur la membrane 2. Cela signifie que le centre de gravité SP1 de la surface 2a de la membrane 2 est à l'extérieur de la périphérie du transducteur électroacoustique 3. Comme dans ce second mode de réalisation, la mem- brane 2 a une épaisseur constante, le centre de gravité de la surface de 25 la membrane correspond à son centre de gravité massique. Cela n'est pas nécessairement toujours le cas si la membrane 2 a une épaisseur variable. La figure 4 montre une section d'une membrane 2 et d'un transducteur électroacoustique 3 d'un capteur acoustique 1 correspon- 30 dant à un troisième mode de réalisation de l'invention. Ce troisième mode de réalisation correspond pour l'essentiel aux premier et second modes de réalisation. Dans ce troisième mode de réalisation, la membrane 2 a néanmoins une épaisseur entre les surfaces opposées 2a, 2b qui diminue en fonction de la distance par rapport au transducteur 35 électroacoustique 3. Ainsi, la périphérie extérieure de la membrane 2 a 3041496 8 une première épaisseur d 1. Dans cette zone dans laquelle la périphérie extérieure du transducteur électroacoustique 3 s'appuie sur la membrane, la membrane 2 a une épaisseur d2. Dans la zone comprise entre le bord extérieur de la membrane 2 et le bord extérieur du transducteur 5 électroacoustique 3, l'épaisseur de la membrane 2 diminue de façon continue à partir du transducteur électroacoustique 3 et de la seconde épaisseur d2 comme le transducteur électroacoustique 3 ne se trouve plus au centre de la membrane 2, celle-ci a une pente variable en fonction de la distance entre la périphérie extérieure du transducteur élec- 10 troacoustique 3 et l'autre périphérie extérieure de la membrane 2. Dans la zone d'appui 5 du transducteur électroacoustique 3 sur la membrane 2, c'est-à-dire en-dessous du transducteur électroacoustique 3, dans la membrane a un creux 6. Le diamètre du creux 6 est inférieur au diamètre de la surface supérieure plane du con- 15 vertisseur électroacoustique 3. Le creux 6 est ainsi couvert complète- ment par le transducteur électroacoustique 3. Grâce à ce creux 6, la membrane 2 est dans une zone comportant le centre de gravité SP2 du transducteur électroacoustique 3, c'est-à-dire qu'au centre il est plus mince que dans la zone périphérique entourant le transducteur élec- 20 troacoustique 3 sur la membrane 2. La zone du bord du transducteur électroacoustique 3 correspond à la périphérie extérieure du transducteur électroacoustique 3. Comme dans la région du transducteur électroacoustique 3, la membrane 2 comporte le creux 6, mais que la surface supérieure 25 du transducteur électroacoustique 3 située sur les côtés de la mem- brane 2 est toutefois une surface plane, il en résulte que le transducteur électroacoustique 3 ne s'appuie sur la membrane 2 que par sa zone marginale et, dans cette zone, autour du centre de gravité SP2 du transducteur électroacoustique 3, il est écarté de la membrane 2. Lors- 30 que le transducteur électroacoustique 3 est excité pour osciller, il pour- ra osciller librement dans la région de son centre de gravité SP2 sans risquer de collision avec la membrane 2. Selon d'autres formes de réalisation de l'invention non représentées dans les figures, les surfaces 2a, 2b de la membrane 2 35 sont asymétriques par rapport à l'axe de symétrie et/ou au centre de 3041496 9 symétrie de la périphérie de la membrane 2 peut avoir une forme quelconque dans la mesure où cela ne se traduit pas par une forme asymétrique de la membrane. Par exemple, il s'agit d'évidements de la périphérie extérieure de la membrane qui sont réalisés à des intervalles 5 irréguliers dans la membrane 2. On peut également envisager une forme de triangle non équilatéral pour la périphérie de la membrane 2, qui se traduit par exemple par une membrane asymétrique 2. La surface du transducteur électroacoustique 3 sur la- quelle s'appuie la membrane 2 peut être asymétrique par rapport à l'axe 10 de symétrie et/ou par rapport à un centre de symétrie. Dans ce cas éga- lement on peut utiliser une forme quelconque pour la périphérie de la surface supérieure du transducteur électroacoustique 3. Par exemple, des évidements dans la périphérie extérieure du transducteur électroacoustique 3 sont réalisés à des intervalles irréguliers dans le transduc- 15 teur électroacoustique 3 ; on peut également avoir une forme de triangle non équilatéral pour la périphérie du transducteur électroacoustique 3 réalisant par exemple un transducteur électroacoustique asymétrique 3. On peut également prévoir des trous, des structures, des parties relevées ou des parties en creux notamment en surface supé- 20 rieure de la membrane 2 ou du transducteur électroacoustique 3 pour former des éléments asymétriques. Grâce à la surface 2a asymétrique de la membrane 2 et/ou du transducteur électroacoustique 3 on peut notamment avoir un ajustage fin de la caractéristique de rayonnement du transducteur 25 acoustique 1. En résumé, il est fait référence explicitement à la description des figures 1 à 4. 30 3041496 10 NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX 1 Capteur acoustique 2 Membrane 5 2a, 2b surfaces de la membrane 2 3 Transducteur électroacoustique 4 Boîtier 5 Zone d'appui 6 Creux dans la membrane 10 Spi Centre de gravité de la membrane SP2 Centre de gravité du transducteur 15 REVENDICATIONS1°) Capteur acoustique (1) ayant - une membrane (2) avec deux faces opposées (2a, 2b) oscillant à la fréquence de fonctionnement du capteur acoustique (1), - exactement un transducteur électroacoustique (3) installé sur l'une des surfaces opposées (2a) de la membrane (2) et transformant un signal électrique en une oscillation mécanique pour exciter la membrane (2) à osciller à la fréquence de fonctionnement, capteur acoustique caractérisé en ce que le centre de gravité (SP2) du transducteur électroacoustique (3) précis se situe à côté du centre de gravité (SP1) de la membrane (2). 2°) Capteur acoustique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' entre les surfaces supérieures (2a, 2b), la membrane (2) a une épaisseur qui diminue avec la distance par rapport au transducteur électrostatique (3). 3°) Capteur acoustique selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la membrane (2) est installée dans la zone du convertisseur électroacoustique (3) et a une épaisseur autre que dans les zones adjacentes au transducteur électroacoustique (3). 4°) Capteur acoustique selon l'une quelconque des revendications 1 ou 3, caractérisé en ce que dans la zone dans laquelle se trouve le centre de gravité (SP2) du con- vertisseur électroacoustique (3) la membrane (2), est plus mince que dans la zone dans laquelle se trouve la zone marginale du transducteur électroacoustique (3). 5°) Capteur acoustique selon la revendication 4, caractérisé en ce que 3041496 12 le transducteur électroacoustique (3) est appuyé par sa zone marginale sur la membrane (2) et dans cette zone autour du centre de gravité (SP2) du transducteur électroacoustique (3), elle présente une distance par rapport à la membrane (2). 6°) Capteur acoustique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le centre de gravité (SP1) de la surface supérieure (2a) de la membrane (2) est le centre de gravité de la surface de la membrane. 7°) Capteur acoustique selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le centre de gravité (SP1) de la surface (2a) de la membrane (2) est le centre de gravité massique de la membrane (2). 15 8°) Capteur acoustique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le centre de gravité (SP1) de la surface (2a) de la membrane (2) se situe à l'extérieur d'une surface dans laquelle dans la surface supérieure du 20 transducteur électroacoustique (3) il n'y a pas de risque pour la mem- brane. 9°) Capteur acoustique selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que 25 la surface supérieure de la membrane (2) est asymétrique par rapport à un axe de symétrie, et/ou un centre de symétrie. 10°) Capteur acoustique selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, 30 caractérisé en ce que la surface du transducteur (3) électroacoustique, et qui s'appuie sur la membrane (2), est asymétrique par rapport à une symétrie, et/ou un centre de symétrie. 5 10 35