<Desc/Clms Page number 1>
Perfectionnements aux vibrateurs à magnétostriction.
Il est bien connu qu'on peut constituer des dispositifs générateurs et (ou) récepteurs de vi- brations élastiques* que lton désignera par le terme général de "vibrateurs", au moyen de barres de métaux présentant la.propriété de la magnéto-striction; les vibrations longitudinales de telles barres sont obte- 1 nues$, soit à la fréquence fondamentale, soit à la fré-
<Desc/Clms Page number 2>
quence de partiels, à l'aide de courants électriques convenables envoyés dans des bobinages portés par ces barres, le fonctionnement étant réversible et permet- tant la réception des vibrations.
On sait également qu'on améliore le fonc- tionnement de tels vibrateurs en feuilletant la barre magnéto-strictive et en refermant et accroissant le champ magnétique au moyen dtarmatures feuilletées cons- tituées par des tôles magne-tiques minces.
La présente invention a pour objet un vi- brateur à magnéto-striction qui appartient à la. caté- gorie d'appareils définis plus haut et offre sur eux divers avantages tant au point de vue de la. qualité de l'émission et de la réception qu'au point de vue du coefficient de transformation en énergie utilisa- ble de l'énergie reçue (réception) ou de lténergie dépensée (émission), de la robustesse de ltappareil, etc......
La description qui va suivre et les des.. sins annexés se rapportent à des modes d'exécution de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs, étant entendu que les caractéristiques qui ressortent tant des dessins que du texte font partie de l'inven- tion.
La fig. 1 est une vue en perspective d'un vibrateur avec carcasse et piston. la carcasse étant coupée pour laisser voir le bobinage
La fig. 2 est une coupe par II-II de la fige 1.
La fig. 3 est une coupe d'un piston déli- mité et isolé. acoustiquement par une rainure,
La. fig. 4 est une vue analogue à la. fig, 3, d'un piston à deux rainures.
La fig. 5 est une coupe axiale d'Un vibra-
<Desc/Clms Page number 3>
leur individuel sous capot étanche*
La fig. 6 est une coupe partielle d'un vibrateur à dispositif de fixation périphérique du pis- ton dans une monture.
La fige 7 est une coupe d'un vibrateur multiple.
La fig. 8 est une vue en perspective, avec coupe partielle, d'un vibrateur comportant deux barres tubulaires feuilletées.
La fig. 9 est une coupe d'un vibrateur avec bobinage et carcasse centraux et liaison au carter par une région nodale.
La fige. 10 est une vue extérieure d'un vibrateur à deux pistons
Les Demandeurs ont trouvé. que, dans une barre magnéto-strictive (nickel ou autre métal ou al- liage doué de cette propriété) feuilletée, de section épaisse, les feuillets centraux vibrent beaucoup moins que les feuillets marginaux, ceci étant dû à lteffet d'écran. magnétique ou électromagnétique* des parties périphériques du métal vis à vis des parties centrales de la barre; Il y a donc mauvaise utilisation de la substance magnéto-strictive.
Pour obvier à cet inconvénient et à plu- sieurs autres qui seront vus au cours de l'exposé, le vibrateur magnéto-strictif longitudinal, qui fait l'bo- jet de la. présente inventions comporte les dispositions particulières suivantes:
Le corps vibrant est constitué par une bar- re tubulaire 1, de section sensiblement circulaire et dont l'épaisseur de paroi a est relativement mince (de 1. ordre de la à 1/4 du diamètre extérieur par exemple);
le tube représenté à été obtenu par enroulement sur
<Desc/Clms Page number 4>
elle-même d'une bande mince de tôle de substance magné- to-strictive (épaisseur 5 à 20 centièmes de millimètre)( les feuillets successifs étant isolés électriquement les uns des autres ainsi qu'il est habituel par un ver- nis ou émail, du papier, etc....;
le tube feuilleté a ensuite été. scié en 2, le long d'une génératrice, sui- vant un plan diamétral correspondant à celle-ci; cette disposition évite les pertes dues aux courants de
Foucault qui seraient induits dans la. spirale conduc- trice formée par le tube enroulé et qui, sans ce trait de scie, se refermeraient, malgré le feuilletage, en raison de la capacité répartie entre les feuillets.
Une autre particularité de l'invention est que la barre tubulaire 1, afin d'entraîner les vibra- tions du milieu élastique en contact avec l'une de ses extrémités (ou de capter des vibrations provenant de ce milieu), est munie d'un piston métallique 3 pos- sédant les caractères suivants:
a) Ce piston (fig.2) est circulaire et de préférence est relativement peu épais afin que sa. masse soit faible par rapport à celle du tube magnéto-* strictif, Par rapport au diamètre moyen d du tube ma.- gnéto strictif feuilleté, son diamètre extérieur D est déterminé de telle sorte que le cercle de diamètre 4 soit sensiblement la ligne équi-moment des pressions vibratoires superficielles dues au milieu élastique entraîné, pressions s'exerçant d'une part au contact de la partie centrale de diamètre d du piston et, d'autre part, au contact de la couronne périphérique du piston, entre les cercles de diamètre d et D.
En d'autres termes, si ds1 et ds2 désignent respectivement deux éléments de surface infiniment petits situas à des distances radiales x et y du car-
<Desc/Clms Page number 5>
cle de diamètre d, et d'aire C1 et si C2 représente l'aire de la couronna circulaire comprise entre les cercles de diamètre d et D, le diamètre. D est défini par rapport à d par Inéquation :
EMI5.1
Cette condition, a pour effet d'éditer que la partie centrale et la couronne périphérique n'aient tendance à vibrer par flexion en opposition, de phase, ce qui aurait, pour résultat évident d'altérer les propriétés d'émission. et de réception du vibrateur. b) Le piston 3 est lié. par soudure au tube magnéto-strictif suivant. la couronne 4 de diamètre moyen d et. de largeur e.
Cette liaison sera effectuée,*, par exemplepar- soudure au moyen ci' étain ou d'un al- liage à base d'étain, par brasure au moyen de produits à base d'argent ou de cuivre, par soudure autogène au chalumeau ou par soudure électrique La. barre magnéto-strictive en question étant feuilletée et ayant une section circulaire,. il est nécessaire que la carcasse magnétique à faible ré- luctance destinée à refermer le champ magnétique de la bobine (dont il sera question plus loin) soit de rêve... lution autour de l'axe de la barre afin que le champ magnétique soit reparti de la même manière dans tous les plans diamétraux du.
vibrateur passant par san axe et qu'ainsi, les amplitudes vibratoires communiquées au piston soient égales dans toutes les zones de courons ne 4.
A cette tint l'invention prévoit l'adoption d'une carcasse 5 (fig.1) faite en fils fins de fer doux- ou d'alliages spéciaux à haute perméabilité et faible
<Desc/Clms Page number 6>
hystérésis; ces fils disposés verticalement dans l'exemple du dessine sont de petit diamètre ( de l'or- dre de 5 à 30 centièmes de millimètres par exemple) et ils sont isolés individuellement à l'aide de vernis ou d'émail, pour éviter les courants de Foucault.
La forme de la carcasse est clairement indiquée par la fig. 1, Les deux extrémités 6 et 7 sont resserrées de faqon à ménager deux faibles entrefers raliaux 8 et
9 entre la barre et la carcasse* Une fois conformée et frottée par des ligatures en fil non conducteur, la carcasse est émaillée ou vernie de façon à être rendue indéformable et inoxydable.
De préférence, la carcasse est agencée de façon à intéresser magnétiquement une longueur aussi grande que possible du tube magnéto-stricteur; ainsi, elle rend aussi grande que possible les amplitudes vibratoires lors de l'émission et accroît au maximum. la sensibilité lors de la réception,, Cependant du cote du piston 3, la distance h séparant de ce piston la section droite terminale de la carcasse 5 est de pré- férence maintenue grande par rapport à l'entrefer (par exemple au moins cinq, fois la largeur de ce der- nier) de façon à éviter autant que possible le passage de lignes de force magnétique dans le piston massif et les pertes par courants de Foucault qui en résul- teraient lors de l'émission oude la, réception.
Comme dans tous les vibrateurs à magné- tostriotion vibrant suivant leur longueur, un ou plu- sieurs bobinages électriques sont enroulés autour de la barre tubulaire feuilletée, coaxialement à celle-ci mais, d'après l'invention, le ou les enroulements utilisés sont, comme la carcasse et pour la même rai- son, aussi longs que possible ;
en outre ils sont spé-
<Desc/Clms Page number 7>
cialement bobinés suivant un type dit. "bobinage pour haute fréquence*' c'est-à-dire que les spires d'une bobine sont enroulées par tranches radiales ou coni- ques (bobinage dit "en talus") de façon à progresser d'une extrémité vers l'autre de la bobine, ceci afin de. réduire le. capacité répartie entre spires et dont 1'effet sur les propriétés d'un tel vibrateur est évidemment mauvais Le ou les bobinages en question sont représentés en 10 sur la fige 1 et en 28 dans la fig. 8.
Bien entendu des cales ou supports en substance isolante et non magnétique (par exemple la cale annu- laire 37, fig. 1) servent à tenir le bobinage et la carcasse magnétique centrée par rapport à la barre magnéto-strictive; les cales sont placées de manière à ne toucher la barre vibrante qu'en des régions de celle- ci correspondant à des noeuds d'amplitude des vibrations longitudinales, afin de ne pas freiner le vibrateur.
Le piston 3 peut être libre sur son bord périphérique. dans le cas des vibrateurs constitués suivant 1invention et destinés à l'émission et à la réception des vibrations dans l'air et les gaz.
Pour les applications sous-marines de l'ap- pareil, 1+eau doit ne venir au contact que de la face externe du. piston,, A cet effet, il y a. avantage, comme il est représenté à titre d'exemple non limitatif sur les fig. 3 et 4, lier la piston 3 à. une plaque- mé- talliqué de. fermetures 11, plus ou moins étendue. Le piston este de préférence, défini dans une telle pla- que et isolé. acoustiquement du reste de la. plaques par une ou plusieurs rainures la,$ 13 circulaires ou analo-- gues, rainures laissant subsister de la. paroi une
<Desc/Clms Page number 8>
EMI8.1
ou plusiaars parties amincies 1y 15y c;*est'-à*<Lire des parties plus flexibles que le reste de la paroi.
Ainsi est assurée l'indépendance vibratoire des deux pièces.
Dès lors, on peut constituer suivant l'invention, ainsi qu'il est représenté à titre d'exemple non li- mitatif sur la figure 5, des vibrateurs individuels étanches dans lesquels le piston 3 fait partie de la plaque de fermeture 11 et est séparé de la partie périphérique par une ou plusieurs rainures annulaires 12; sur la partie périphérique vient se fixer un capot étanche 16. On peut également, sans sortir de l'inven- tion, utiliser un piston indépendant, comme il est représenté sur la fig. 6; dans ce cas une partie 17 de la périphérie, amincie ou non, est reliée de façon élastique et étanche au support du piston; par exemple le bord 17 est maintenu- entre des joints élastiques 18, 19 serrés dans la monture 20, par exemple par un anneau à vis 21 avec rondelle 22 ou par tout autre dispositif du même genre.
Un tel agencement peut éga- lement être utilisé avec un vibrateur à deux barres tubulaires feuilletées tel qu'on en décrira plus loin en regard de la fig.. 8.
Afin d'obtenir des propriétés direction** nelles lors de 1'émission et de la réception des vi- brations par le milieu ambiant, on peut, de la manière connue, monter côte à côte plusieurs vibrateurs du type qui vient d'être décrit dans un même carter étan- che ainsi, par exemple, qu'il est représenté sur la
EMI8.2
figure 7e les vibrateurs étant alimentés éle.ctriquement de façon synchrone Conformément à l'invention, les pistons 5 correspondant aux divers vibrateurs peuvent faire partie intégrante d'une seule et± même plagia 11
<Desc/Clms Page number 9>
dans laquelle ils. sont définis par les rainurescir- culaires 12, décrites plus haut, qui assurent l'indé- pendance acoustique des différents vibrateurs.
Bien entendu on peut modifier le nombre et la forme de ces rainures le mode de réalisation du carter étanche et les dispositifs de fixation, sans sortir du cadre de l'invention.
Dans une autre forme de réalisation de l'invention. la carcasse magnétique du vibrateur dé- crit est réalisée non plus au moyen d'assemblage de fils de fer mais (fig.8) par une deuxième barre tubu- laire magnéto-strictive feuilletée et fendue 23; la. longueur de la. barre 23 est. égale à celle de la, pre- mère barre 1 et la. barre 23 est soudée au piston 3 en 24;
1 fermeture des lignes de forces entre les deux barres et au voisinage de leurs extrémités est assurée par deux empilages 25 et 26 de rondelles annu- laires de tale de fer doux très minces, isolées les unes dès autres et fendues chacune suivant un rayon 27, pour éditer les courants' de Foucault; des entrefers cylindriques sont ménagés entre les rondelles et les barres tubulaires. Four que les deux tubes feuilletés qui ont des diamètres différents, offrent des rélue- tances magnétiques sensiblement égaler, on rend sensi- blement égales les surfaces totales des sections des tubes par un plan perpendiculaire à l'axe.
Dans ces aon- ditions, lors de L'émission, lescourants passant dans la ou les bobines pour haute fréquence. 28 (courant con- tinu magnétisant et aourant alternatif excitateur, ain- si qu'il est connu) créent dans les deux tubes feuil- letés, des variations d'induction - magnétique . égales,
<Desc/Clms Page number 10>
synchrones et de sens. tel que les vibrations magnéto- strictives provoquées dans chacun des tubes sont d'amplitudes égales et en phase; le piston est donc correctement entraîné en vibration conjointement par chacun des tubes.
Lors de la. réception. réciproquement les deux tubes feuilletés concourent également$ en
EMI10.1
phase et de façons synchrones. à la. transformation. des vibrations élastiques en courant alternatif. Plu- sieurs vibrateurs de ce type peuvent être montés dans un carter unique pour constituer un appareil de marnas propriétés que celui de la. figure 7. pour éviter les réactions des appuis sur le vibrateur. on peut relier ces appuis non plus au piston mais à. la. paroi du tube feuilleté au voisinage d'un noeud de vibration.
Dans le cas particulier dtun vibrateur à tube feuilleté unique on peut y arriver en réalisant celui--ci et sa fixation ainsi qu'il est représenté sur la. fig. 9 t dans ce cas l'invention prévoit l'usage d'une carcasse magnétique axiale 31, en fil de fer, avec bobinage pour haute fréquence 32 disposés comme l'indique la figurai l'ensemble de la carcasse et du ou des bobinages étant tenu dans le tube feuilleté 1 par une douille isolante 33 serrée ou collée au voisinage du noeud de vibration.
Les divers vibrateurs décrits et qui font l'objet des figures de principe. 1, 8 et 9, peuvent être munis à leur extrémité libre d'un deuxième piston suivant les modalités décrites dans le présent mémoire.
Une telle disposition est montrée à titre d'exemple non restrictif. sur la figure 10. Les vibrateurs à pistons 3 et 3', ainsi constitués) sont utilisables lorsqu'on désire transmettre (ou recevoir) des vibra- tions dans deux directions opposées du milieu élastique
<Desc/Clms Page number 11>
ambiant.
REVENDICATIONS
1) Vibrateur à magnéto-striction, caracté- risé par le fait que le dispositif de transmission d'é- nergie vibratoire entre la barre magnéto-strictive tubulaire et le milieu fluide dans lequel se propagent les ondes émises ou reçues est un piston circulaire lié. intimement à cette barre, de préférence par soudure$ et ayant un diamètre D calculer par rapport au diamètre moyen.! de le,. barre, de manière que le cercle de diamè- tre d soit la ligne "équimoment" des pressions.. vibra- toires dues au milieu liquide et agissant à l'intérieur du cercle de diamètre d et des pressions agissant sur la, couronne circulaire de diamètre extérieur D et de diamètre intérieur d.
2) Vibrateur à magnéto-striction comme spé- cifié sous 1 , caractérisé: par le fait que le piston fait partie d'une plaqua et est délimité, et isolé accusa tiquement par une ou plusieurs rainures circulaires pratiquées, dans la plaque celle-ci pouvant constituer un moyen d'isolement mécanique entre le vibrateur et le milieu extérieur.
3) Vibrateur à magnéto-striction comme spé- cifié sous 1 ou 2 , caractérisé par le fait qu'à la. barre magnéto-strictive est associé un deuxième piston identique au premieret placé. à l'extrémité opposée à celle qui est liée à ce premier piston.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.