[0001] La présente invention concerne un transducteur flextenseur. Elle s'applique à l'émission
ou à la réception d'ondes acoustiques dans des liquides.
[0002] Les transducteurs flextenseurs connus sont composés généralement par une coque flexible,
étanche, à paroi latérale cylindrique de section droite elliptique, mise en vibration
par un ou plusieurs piliers ou barreaux de cellules piézoélectriques en céramique.
Chaque pilier est maintenu en compression entre les parties opposées les plus éloignées
de la paroi latérale. En émission, un champ électrique alternatif est appliqué dans
la direction longitudinale de chaque pilier et le mouvement résultant, qui a lieu
suivant l'axe longitudinal de chaque pilier, est retransmis, amplifié, au milieu liquide
environnant, l'amplitude de ce mouvement étant maximale dans le plan engendré par
les petits axes des ellipses formées par chaque section droite.
[0003] La compression des cellules piézoélectriques de chaque pilier est nécessaire pour
éviter le bris de la céramique lorsque les piliers sont sollicités en extension.
[0004] Dans un mode de réalisation décrit dans la demande de brevet européen 0 215 657,
une première précontrainte est appliquée sur des empilements de cellules piézoélectriques
lors de l'assemblage des empilements à l'intérieur de la coque. Les empilements s'étendent,
symétriquement de part et d'autre de moyens mécaniques de calage centrés à l'intérieur
de la coque, suivant le grand axe de la section droite elliptiques de la coque. Cette
précontrainte, assure le maintien des empilements en appui respectivement par une
première extrémité sur les moyens de calage et par une deuxième extrémité sur la partie
intérieure de la coque correspondant à une extrémité du grand axe de l'ellipse. La
précontrainte est ajustée en fonction de la profondeur opérationnelle d'immersion
du transducteur pour compenser les forces hydrostatiques exercées sur l'extérieur
de la coque et garantir le maintien constant des empilements pour le bon fonctionnnement
du transducteur.
[0005] Les moyens mécaniques de calage comportent une pièce tronconique permettant à partir
de son déplacement vertical de transmettre la force de pression nécessaire sur les
empilements.
[0006] Le déplacement de la pièce tronconique est assuré par le serrage ou le desserrage
d'une vis fixée sur sa partie supérieure. Le serrage détermine l'amplitude de la force
de précontrainte à appliquer sur les empilements.
[0007] La vis peut être remplacée par un bélier hydraulique et la pression exercée sur le
bélier est déterminée à partir d'un capteur de pression. Le capteur mesure l'amplitude
de la pression hydrostatique appliquée sur la coque du transducteur et permet d'ajuster
la pression exercée sur le bélier.
[0008] Ce mode de réalisation a d'une part pour inconvénient que la précontrainte exercée
sur les empilements pendant l'immersion est dépendante des forces hydrostatiques exercées
sur la coque et que l'utilisation d'un tel transducteur est limitée par la tenue mécanique
en compression des cellules piézoélecriques. Cet inconvénient est observé également
dans le transducteur selon le brevet FR-A-2 361 033. Ce mode de réalisation a d'autre
part pour inconvénient qu'il nécessite un moyen de mesure tel qu'un capteur pour mesurer
la pression hydrostatique et un moyen de commande utilisant cette mesure pour commander
un bélier hydraulique.
[0009] Le but de l'invention est de pallier les inconvénients précités.
[0010] A cet effet, l'invention a pour objet un transducteur flextenseur composé d'une coque,
flexible et étanche, à paroi latérale cylindrique de section droite elliptique comportant
au moins deux empilements de cellules piézoélectriques alignés sur un même axe longitudinal
et maintenus en appui par une de leur première extrémité sur deux parties opposées
de la coque par un dispositif fluidique, caractérisé en ce que les empilements de
cellules piézoélectriques sont maintenus respectivement autour d'une tige et munis
respectivement à leurs extrémités de deux pièces mécaniques pour établir une force
de précontrainte indépendante de la pression hydrostatique exercée sur la coque du
transducteur lors de son immersion, en ce que le dispositif fluidique comporte une
cavité dans laquelle sont introduites les deuxièmes extrémités des empilements, remplie
par un fluide sous pression provenant d'un réservoir extérieur placé à la même profondeur
d'immersion que le transducteur, pour assurer le maintien en appui sur la coque de
la première extrémité de chacun des empilements sous l'effet de la pression du fluide
exercée sur leurs deuxièmes extrémités et compenser dans la cavité l'effet de la pression
hydrostatique exercée sur la coque.
[0011] L'invention a pour principal avantage qu'elle permet d'une part, de rendre indépendante
la précontrainte exercée sur les empilements de la pression hydrostatique exercée
sur la coque, et de la sorte, les transducteurs ainsi réalisés peuvent fonctionner
à des immersions très supérieures aux immersions habituelles, et d'autre part, de
n'utiliser qu'un moyen d'asservissement direct de la pression hydrostatique appliquée
sur la coque du transducteur à la pression appliquée sur les empilements de cellules
piézoélectriques.
[0012] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront ci-après à l'aide
de la description faite en regard des dessins annexés qui représentent :
- la figure 1, un mode de réalisation d'un transducteur selon l'invention, et
- la figure 2, un assemblage d'un peigne de piliers à l'intérieur d'une coque d'un transducteur
selon l'invention.
[0013] Un premier mode de réalisation d'un transducteur flextenseur selon l'invention est
décrit ci-après à l'aide de la figure 1.
[0014] Ce transducteur comprend une coque flexible et étanche, à paroi latérale cylindrique
de section droite elliptique 1, renfermant au moins deux piliers 2 et 3 formés respectivement
par un empilement, autour d'une tige 4 et 5, d'une pluralité de cellules piézoélectriques,
6i et 7i, en céramique.
[0015] Dans cet exemple, les piliers 2 et 3 sont munis à leurs extrémités de deux pièces
mécaniques 8 et 9 respectivement 10, 11 pour établir la force de précontrainte des
piliers 2 et 3 indépendante de la pression hydrostatique exercée sur la coque 1 lors
de son immersion. Pour assurer le maintien des deux piliers 2 et 3 et faire en sorte
qu'ils se comportent comme un seul pilier, un dispositif fluidique 12 est disposé
entre les extrémités des deux piliers 2 et 3 les plus éloignées de la coque 1.
[0016] Ce dispositif est constitué d'une cavité 13 remplie d'huile reliée à un réservoir
extérieur 14 par un tuyau capillaire 15. La cavité 13 est réalisée, par exemple, au
moyen d'une pièce de révolution formant boîtier entourant les deux extrémités des
piliers 2 et 3. Au moins deux joints élastomères 16, 17 assurent l'étanchéité de la
cavité 13 avec les extrémités des piliers 2 et 3.
[0017] L'immersion du réservoir 14 et du transducteur étant la même, la pression qui s'exerce
sur la coque 1 est compensée par la pression de l'huile de sorte que les piliers 2
et 3 se trouvent toujours appliqués sur la coque 1.
[0018] En dynamique, la raideur du film d'huile est élevée à la fréquence de fonctionnement,
et procure une masse élevée au centre de la cavité 13 de manière identique à l'art
connu. De plus la vitesse de vibration étant faible puisque l'on est au point nodal,
les joints d'étanchéité 16, 17 travaillent dans de bonnes conditions.
[0019] Pour obtenir un fonctionnement correct lorsque le mouvement est en extension et entraîne
une dépression de l'huile, cette dernière est mise en surpression par rapport à la
pression hydrostatique extérieure.
[0020] Outre le fait que dans ce mode de réalisation la tenue à la pression du transducteur
est remarquable son montage est aussi très simple à réaliser. Il s'effectue en effet
en insérant en une seule opération l'ensemble piliers-boîtier, relié au réservoir
14 dans la coque 1, les deux piliers 2 et 3 étant en contact. Il suffit ensuite de
mettre en pression l'huile pour que les deux piliers 2, 3 s'écartent et que le transducteur
soit prêt à fonctionner. Avantageusement chaque pilier 2, 3 peut éventuellement être
mis en appui sur la coque 1 par l'intermédiaire d'un logement approprié dans la coque
1.
[0021] Selon encore une autre variante de réalisation, le montage d'un transducteur peut
encore être effectué suivant un procédé "collectif", de la façon représentée sur la
figure 2, en rendant le boîtier fluidique 12 commun à tous les piliers 2
i. Dans ces conditions l'ensemble boîtier-piliers qui a la forme d'une "arête de poisson"
est introduit dans la coque 1 en une seule opération et leur boîtier commun 12 et
reliée à un seul réservoir d'huile 14 par le tuyau capillaire 15.
1. Transducteur flextenseur composé d'une coque, flexible et étanche, à paroi latérale
cylindrique de section droite elliptique (1) comportant au moins deux empilements
(2 et 3) de cellules piézoélectriques (6i et 7i) alignés sur un même axe longitudinal
et maintenus en appui par une de leur première extrémité sur deux parties opposées
de la coque (1) par un dispositif fluidique (12), caractérisé en ce que les empilements
(2 et 3) de cellules piézoélectriques (6i et 7i) sont maintenus respectivement autour
d'une tige (4 et 5) et munis respectivement à leurs extrémités de deux pièces mécaniques
(8, 9 et 10, 11) pour établir une force de précontrainte indépendante de la pression
hydrostatique exercée sur la coque (1) du transducteur lors de son immersion, en ce
que le dispositif fluidique (12) comporte une cavité (13) dans laquelle sont introduites
les deuxièmes extrémités des empilements (2 et 3), remplie par un fluide sous pression
provenant d'un réservoir (14) extérieur placé à la même profondeur d'immersion que
le transducteur, pour assurer le maintien en appui sur la coque (1) de la première
extrémité de chacun des empilements (2 et 3) sous l'effet de la pression du fluide
exercée sur leurs deuxièmes extrémités et compenser dans la cavité (13) l'effet de
la pression hydrostatique exercée sur la coque (1).
2. Transducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux
joints élastomères (16 et 17) assurant l'étanchéité de la cavité (13) avec les extrémités
des empilements (2 et 3).
3. Transducteur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il
comporte un tuyau capillaire (15) amenant le fluide contenu dans le réservoir (14)
à l'intérieur de la cavité (13).
4. Transducteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que
le fluide sous pression est de l'huile.