CH304763A - Transducteur ultrasonore à milieu de liaison liquide. - Google Patents

Description

      Transducteur    ultrasonore à     milieu    de     liaison        liquide.       Il     est    déjà connu de réaliser des transduc  teurs     ultra=sonores    qui sont     constitués    d'une  enceinte     fermée    d'un côté par un élément       électroacoustique    et de .l'autre côté par     suie     membrane souple et     extensible,

          capable    de  gonfler sous la     pression        hydrostatique    d'un       liquide    de transmission pour les     ultrasons    con  tenus dans cette enceinte.  



  Ces     transducteurs        turgescents    connus ont  l'avantage de s'appliquer parfaitement sur  toute     portion    de     surface    d'un cois à exami  ner ou à traiter     sans    qu'il y ait     d'intervalle     d'air entre les deux     surfaces    de contact.  



  Cependant ils possèdent un encombrement  total appréciable et avant tout une section de  sortie assez grande. On     réalise,    par exemple,  des     transducteurs    ultrasonores dans     lesquels     le diamètre du quartz émetteur est de 20     mm,     le diamètre     exhérieur    dû tube cylindrique  étant de 40 mm.  



       Dans        ces        conditions,    on conçoit aisément  qu'un transducteur' ultrasonore ayant de  telles     dimensions        est        inutilisable    lorsqu'il  s'agit d'explorer ou de traiter un corps dont  la surface ou     ime        partie    de     celle-ci    est diffi  cilement accessible, comme par exemple un  corps comportant des encoches     rectangulaires     ou trapézoïdales dont une des     dimensions    de  la section d'entrée est petite,

   inférieure     dans     le     cas        envisagé,    à 40 mm.  



  La solution d'utiliser un transducteur  d'encombrement     réduit    qui peut être intro  duit     dans    les encoches de façon à réaliser un    contact parfait entre le fond de ces encoches  et la paroi souple du     transducteur,    conduit à  l'emploi d'un     quartz    piézo-électrique de petit  diamètre. Il en     résulte    que, pour des     tensions     d'excitation et     des        puissances        convenables,     l'intensité des rayonnements émis sera très  faible.

   De plus, la réduction du diamètre de  la     surface    vibrante     conduit,    toute autre chose  égale, à une     diminution    notable de la     direc-          tivité.     



  La solution     d'utiliser    une pièce creuse en  forme de tronc de cône dans     laquelle     l'axe du tronc de cône est     confondu    avec ce  lui du cristal et     dans    laquelle la petite base  du cône, opposée au quartz, possède un dia  mètre     suffisamment    petit pour être     introduit,     par exemple, dans une encoche étroite     conduit     bien à un     rayonnement        d'intensité        convenable     pour une     tension    d'excitation et une     puissance          admissibles,

          mais    l'énergie émise     diverge        forte-          ment    à la sortie de ce transducteur. Ceci est  dû au fait que la partie -de l'onde     ultrasonore     provenant de l'a périphérie du quartz     piézo-          électrique    est réfléchi sur les     parois    du cône  et sort de celui-ci en faisant avec son axe un  angle     calculable    par les     lois    de l'optique géo  métrique.  



  La présente invention a pour but d'obtenir  un     transducteur    émetteur d'ondes ultra  sonores     possédant    une faible section de sortie  tout en n'ayant pas     les    inconvénients     signalés     ci-dessus du transducteur à faible surface      émettrice ou du     transducteur    en     forme    de  cône convergent.  



  Elle a pour objet un     transducteur    ultra  sonore à     milieu    de     liaison    liquide dans lequel  une enceinte à     symétrie    de révolution, se ter  minant par deux sections limites perpendicu  laires à l'axe de     symétrie    et de surfaces dif  férentes, est fermée du côté de la section li  mite de grande surface par un élément vi  brant et du côté de la section     limite    de petite  surface par     une        substance        élastique    et souple.

         Cette    enceinte     est    constituée par deux élé  ments évasés,     raccordés    par leurs parties       étroites,    la forme et la     dimension    de cette dite  enceinte étant telles que les ondes     ultra-          sonores    émises par les parties périphériques  de l'élément vibrant sont réfléchies une fois  sur chaque élément évasé, de façon à obtenir,  à la sortie du transducteur, un faisceau d'on  des ultrasonores     peut    divergent.  



  Théoriquement, la     meilleure    forme de l'en  ceinte est obtenue lorsque les deux éléments       évasés    affectent la forme de     paraboloïdes    tron  qués de même foyer et de longueur et de pa  ramètre différents.  



  Cependant une approximation à cette  forme théorique et difficile à     usiner    peut être       poussée    très loin et on a constaté que même  une     approximation    par un     double    tronc de  cône, convergent-divergent, pouvait     remplir     parfaitement les qualités     requises        d'une    bonne  concentration du faisceau et d'une directivité  prononcée.  



       Dans    ce cas, les deux éléments     évasés    peu  vent donc affecter la forme de troncs de cône  d'angle     d'ouverture    et de     longueur    axiale     dif-          férentes.     



  Le dessin annexé représente, à titre  d'exemple,     quelques        formes    d'exécution de       transducteurs        connus    et     quelques    formes  d'exécution du     transducteur    faisant l'objet de       l'invention.     



  Les     fig.    1 et la représentent une forme  d'exécution schématique d'un     transducteur     ultrasonore     connu    et sa courbe de directivité.  



       Les        fig.    2 et     2a    représentent un     transduc-          teur    ultra sonore semblable à celui de la     fig.    1,    mais de section de sortie nettement plus fai  ble, et sa courbe de directivité.  



  Les     fig.    3 et. 3a représentent     un        transduc-          teur        ultra.-sonore    en forme de cône convergent  et sa courbe de directivité.  



  Les     fig.    4 et     4a        représentent    une forme  d'exécution préférée du     transducteur    ultra  sonore objet de l'invention, dont le profil inté  rieur est en forme de double tronc de cône  convergent-divergent, et sa     courbe    de     directi-          vité.     



  La     fig.    5 montre     un    exemple de l'emploi  du transducteur ultrasonore de la     fig.    4.  La     fig.    6 montre une foi-me d'exécution de  la forme théorique du     transducteur    objet de  l'invention.  



  Sur les     fig.    1 à 4, on a     désigné    par C le       cristal    de quartz émetteur d'ondes ultra  sonores, par E l'enceinte     constituant    le corps  du     transducteur    et contenant le liquide de       remplissage    bon     conducteur    des ondes ultra  sonores, et par P la paroi souple, en caout  chouc par exemple,     destinée    à établir un con  tact parfait entre le     transducteur    et le corps  à examiner ou à traiter par les ondes ultra-  sonores.  



  Les courbes de directivité des transduc  teurs émetteurs représentés sur les     fig.    1 à 4  ont été     obtenues    en     disposant    le     transducteur     émetteur et un récepteur d'ondes ultrasonores  dans de     l'eau,    à une distance convenable l'un  de l'autre, le récepteur, préalablement centré  exactement dans l'axe de l'émetteur, a été dé  placé le long d'une droite perpendiculaire à  cet axe et, à     chacune    de ses     positions        sur    cette  droite, le récepteur a été orienté avec préci  sion vers l'émetteur;

   on a porté     ensuite    en       ordonnée        sur    les     diagrammes    des     fig.        11,    .à     4a,     les déviations d'un appareil mesurant l'éner  gie transmise au récepteur en fonction de la       distance    du récepteur à l'axe de -l'émetteur,  cette distance étant mesurée dans le plan nor  mal à l'axe et portée en abscisse.  



  Les échelles     -utilisées    sont les mêmes pour  les     fig.    la à     4a    et toutes les mesures ont été       effectuées    avec une même     tension    d'excitation       dit        quartz    émetteur.

        Enfin, la section du quartz émetteur est  la même pour les     transducteurs    des     fig.    1, 3 et  4, tandis que la section de     sortie    des ondes       ultra-sonores    hors du     transducteur    est la  même pour     les    transducteurs des     fig.    2, 3 et 4.  



  La simple considération des     figures    mon  tre clairement l'avantage du     transducteur    re  présenté sur la     fig.    4, tant au point de vue       directivité    qu'au point de vue     intensité    du  rayonnement émis, par rapport aux transduc  teurs représentés sur les     fig.    2 et 3.  



  Cet avantage s'explique d'ailleurs facile  ment: Dans le     cas    de la     fig.    2, la faible section  du     cristal.        émetteuir    conduit     naturellement.    à  une sensibilité moindre de ce cristal et à un       éloignement    des premier et second maxima       latéraux    par rapport à l'axe du     transducteur,

       tandis que la     directivité    moins bonne du       transducteur    représenté sur la     fig.    3     provient     du trajet suivi par la partie de l'onde émise  par la périphérie du     cristal;    on a d'ailleurs  représenté, en traits     mixtes,    le trajet suivi  par différentes     parties    de l'onde émise     dans     le cas des     fig.    3 et 4 et la meilleure     directi-          vité    du transducteur de la     fig.    4 y apparaît  nettement.  



  La     fig.    5 montre un cas d'application pra  tique du transducteur représenté à la     fig.    4,  cas où le     transducteur        représenté    à la     fig.    1  est inutilisable.

   T désigne un corps métalli  que à ausculter par les ondes     ultrasonores     muni d'une encoche L, dont la largeur est  plus petite que le diamètre du     transducteur     représenté à la     fig.    1, tandis que le transduc  teur de la     fig.    4 convient très bien pour réali  ser un contact parfait entre le fond de l'en  coche et la paroi     souple    dudit     transducteur.     



  La     fig.    6 représente une coupe schémati  que par un plan contenant l'axe commun d'un  transducteur ultrasonore émetteur réalisé,  sous la forme de deux paraboloïdes coaxiaux  et de même foyer. On a désigné, respective  ment par<I>C, E</I> et<I>P,</I> le cristal     piézo-électrique     émetteur d'ondes     ultrasonores,    l'enceinte du  transducteur destinée à contenir le liquide  conducteur de     ces    ondes et la paroi souple de  vant s'appliquer sur la surface des corps à  examiner ou à traiter par     lesdites    ondes; on a    de     plis    indiqué en 31 mi manchon de raccor  dement des deux paraboloïdes P1 et P2 cons  tituant l'enceinte E.  



  Cette forme de l'enceinte assure une di  rectivité optimum suivant l'axe du     transduc-          teur,    tout en ayant une section de sortie et 'Lui  encombrement     très    faible;     en,    effet, toutes les       ondes        ultra-sonores        émises    normalement au  cristal de quartz C sont concentrées au foyer  du premier paraboloïde;

   ce foyer étant     aussi     celui du second paraboloïde, les ondes ultra  sonores sortiront finalement du transducteur  parallèlement à l'axe de ce dernier.     Quant    à  la section de sortie du     transducteur,    on peut  la     choisir        aussi    faible que l'on veut en adoptant  des valeurs convenables pour les     paramètres.     principaux et les     longueurs    axiales des deux  paraboloïdes ou, ce qui revient au mêmes des  deux paraboles obtenues par     1a    coupe des     pa-          raboloïdes    par un plan passant par leur axe  commun.  



       L'équation    d'une parabole     rapportée    à son  axe et à sa tangente au sommet étant  <I>Y2 = 2</I>     px,    où<I>p</I>     représente    le paramètre prin  cipal; on peut, par exemple, obtenir une sec  tion de sortie de diamètre égal à la moitié du  diamètre utile du quartz émetteur en adop  tant des     paramètres    principaux p1, p2 et des  longueurs axiales L1,<I>L2</I>     satisfaisant    à la re  lation
EMI0003.0074  
   l'indice 1 se rapportait à  la parabole P1, l'indice 2 à la parabole P2;

    on pourra par -exemple :adopter
EMI0003.0075  
    et
EMI0003.0076  
    On peut     ainsi    réduire     l'encombrement        du          transducteur    de façon à en permettre l'emploi       clans    les cas     d'application        envisagés        ci-dessus     pour le     transducteur    en forme de double cône.

Claims (1)

1. REVENDICATION Transducteur ultrasonore à milieu de liai son liquide dans lequel une enceinte à symé trie de révolution, se tel-minant par deux sec tions limites perpendiculaires à l'axe de sy métrie et de surfaces différentes, est fermée du côté de la section .limite de grande surface par un élément vibrant et du côté de lia sec tion limite de petite surface, par une mem brane élastique et souple,

   caractérisé en ce que l'enceinte -est constituée de deux éléments évasés, raccordés par leurs parties étroites, la forme et la dimension de cette dite enceinte étant telles que les ondes ultrasonores émises par les parties périphériques de l'élément vi brant sont réfléchies une fois sur chaque élé ment évasé de façon à obtenir, à la.

   sortie du transducteur, un faisceau d'ondes ultra sonores peu divergent. SOUS-REVENDICATIONS 1. Transducteur suivant la revendication, caractérisé en ce que les éléments évasés affec tent la forme de troncs de cônes d'angle d'ou verture et de longueur axiale différents. 2. Transducteur suivant la revendication, caractérisé en ce que les éléments évasés affec tent la forme de paraboloïdes tronqués de même foyer et de longueur et de paramètre différents.