Procédé de génération d'ultra-sons La présente invention se rapporte à un procédé de génération d'ultra-sons selon lequel on excite, par un signal électrique, un traducteur présentant plusieurs axes de résonance, ce traducteur étant en contact avec un corps dans lequel les ultrasons doivent être transmis.
Jusqu'ici, on a toujours utilisé l'axe de résonance du traducteur qui est perpendiculaire à la face du tra ducteur devant transmettre les ultrasons.
La fi-. 1 du dessin annexé montre une disposition classique selon laquelle un traducteur 1 est fixé, par exemple par collage, à un corps 2 auquel les ultra sons doivent être transmis. Dans le cas représenté, le corps 2 constitue le fond d'un bac 3 dont une partie a été coupe au dessin pour permettre une meilleure visibilité du traducteur 1. Ce bac 3 peut être destiné à contenir un liquide, non représenté, dans lequel des pièces peuvent être plongées pour être nettoyées avec l'aide des ultrasons traversant le fond 2.
Dans le cas de la fig. 1, le traducteur est constitué par un bloc piézo-électrique, par exemple du titanate de baryum qui, comme on le sait, présente trois axes de résonance principaux désignés par X, Y et Z. L'axe Z étant perpendiculaire au fond 2, on utilise la résonance du traducteur 1 suivant cet axe Z, les électrodes d'exci tation du bloc de titanate étant, en principe, disposées sur les deux faces perpendiculaires à cet axe. Lorsque les ultrasons qu'on veut transmettre dans le bac 3 ont une fréquence relativement basse, par exemple de l'ordre de 15 à 50 kHz, la longueur du bloc de titante 1, mesurée selon l'axe Z, est relativement grande et doit être comprise entre 17 et 5 cm.
Comme, pour des rai sons techniques de fabrication, il est difficilement pos sible d'obtenir des blocs de titanate présentant de bonnes qualités lorsque leur volume dépasse 70 à 70 cm3, on est amené à utiliser des blocs relativement longs, mais relativement étroits suivant les axes X et Y. Il résulte de cette disposition que le champ électrique à l'intérieur du bloc de titanate n'est pas homogène.
La fig. 2 illustre cette mauvaise répartition du champ et représente un bloc de titanate 1 soumis à l'action d'un champ électrique engendré par un potentiel alternatif régnant entre deux électrodes disposées sur les faces 4 et 5 de ce bloc. On observe une contraction des lignes de force, représentées schématiquement par 6 et 7, qui est d'autant plus forte que les électrodes 4 et 5 sont éloignées l'une de l'autre et que l'épaisseur du bloc, prise dans le sens de l'axe X ou de l'axe Y, est plus faible.
Pour remédier à ce défaut, il est connu d'exciter le bloc piézo-électrique en appliquant les électrodes sur les grandes faces de ce bloc qui sont désignées par 8 et 9 à la fig. 2, et en appliquant à ces électrodes un potentiel alternatif dont la fréquence correspond à la fréquence propre de vibration du bloc selon l'axe Z. Cette solution ne permet toutefois pas d'éviter un incon vénient dû au fait que la surface 4 du bloc 1, qui est collée à la paroi 2, est relativement petite, ce qui s'op pose à une bonne transmission des ultrasons à l'intérieur du bac 3.
L'invention a pour but de permettre une meilleure transmission des ultrasons produits par un traducteur tout en bénéficiant de conditions plus faciles pour l'exci tation de ce traducteur.
L'invention a pour objet un procédé de génération d'ultra-sons, selon lequel on excite, par un signal élec trique, un traducteur présentant plusieurs axes de réso nance, une face de ce traducteur étant en contact avec un corps dans lequel les ultrasons doivent être transmis. Ce procédé est caractérisé en ce qu'on excite ce traduc teur pour le faire vibrer suivant un de ses axes de résonance qui est transversal à une normale à la surface de ladite face. Les fig. 3 à 5 du dessin annexé illustrent deux modes de réalisation du procédé faisant l'objet de l'invention et qui sont donnés à titre d'exemple.
Les fig. 3 et 4 correspondent aux fig. 1 et 2 précitées dans le cas de la forme de réalisation du procédé objet de l'invention.
La fig. 5 illustre un traducteur prévu pour une variante de ce procédé.
En référence à la fig. 3, on retrouve le bac 3 dont le fond 2 porte un bloc piézo-électrique 1. Ce bloc est le même que celui représenté à la fig. 1, mais ses trois axes de résonance X, Y, Z sont orientés différem- ment. L'axe de résonance Z, donnant la fréquence la plus basse, est cette fois parallèle au fond 2, tandis que l'axe X, qui correspond à la plus petite épaisseur du bloc 1, est cette fois perpendiculaire au fond 2.
Les électrodes sont prévues sur les faces 8 et 9 du bloc 1, de sorte que le champ subit une contraction négligeable comparativement au cas illustré à la fig. 2. Les lignes de force extrêmes du champ dans le bloc 1 sont indiquées par 6' et 7'.
Un potentiel alternatif est appliqué entre les élec trodes disposées sur les faces 8 et 9 du bloc 1, ce potentiel présentant la fréquence de résonance du bloc selon l'axe Z. Toutefois, lorsque le bloc 1 vibre dans le sens de l'axe Z, c'est-à-dire qu'il subit des élongations et des contractions successives dans le sens de cet axe, celles-ci sont automatiquement accompagnées de con tractions et d'élongations selon les axes X et Y. Les vibrations qui en résultent selon l'axe X sont transmises au fond 2 du bac et, étant donné que la surface de contact entre le bloc 1 et le fond 2 de ce bac est beaucoup plus grande que dans le cas de la fig. 1, la transmission des ultrasons à l'intérieur du bac est bien supérieure.
Dans le cas d'un bloc dont les dimensions sont de 54 X 48 X 28 mm, l'expérience a montré que le rende- ment de transmission était de 72 % lorsque le bloc était fixé au bac et excité comme décrit en référence à la fig. 1,
tandis que ce rendement montait à 90 % lorsque l'excitation était réalisée comme indiqué en référence aux fig. 3 et 4.
De plus, comme la distance entre les électrodes placées sur les faces 8 et 9 du bloc 1 est beaucoup plus faible que dans le cas de la fig. 2, lorsque les électrodes sont disposées sur les faces 4 et 5, les tensions de polarisation continue pour rendre piézo-électrique le bloc de titanate, ainsi que les tensions alternatives d'exci tation utilisées par la suite pour faire vibrer ce bloc sont beaucoup plus basses dans le cas de la disposition selon la fig. 3.
D'autre part, la disposition décrite présente encore un avantage très important qui consiste à permettre d'exciter le bloc 1 à volonté pour les fréquences de résonance suivant ses axes Z, Y, X. Il y a lieu de remarquer que l'excitation selon l'axe X est tout à fait conforme aux principes classiques. Toutefois, elle ne pouvait être utilsée dans le cas d'un bloc fixé par sa plus vait être utilisée dans le cas d'un bloc fixé par sa plus grande face au fond 2 du bac que lorsque les ultra sons à transmettre étaient de fréquence élevée.
Si, dans le cas de la fig. 3, on utilise un bloc de zirconate titanate de plomb ayant pour dimensions 60 X 40 X 16 mm, on peut produire des ultrasons dont les fréquences sont de 100, 40, respectivement 25 kHz pour les axes de résonance X, Y et Z. Le procédé décrit permet donc une grande souplesse d'exploitation dans les installa tions à ultrasons.
Il est bien entendu que le procédé décrit en référence aux fig. 3 et 4 peut être varié dans une grande mesure. Ainsi, le bloc 1 ne doit pas nécessairement être fixé au fond d'un bac ; il pourrait, par exemple, être collé à la paroi intérieure d'une boîte fermée destinée à être plongée dans un liquide pour y transmettre des ultra sons. Suivant le cas, le bloc pourrait être directement introduit dans le liquide, notamment lorsque celui-ci est un bon diélectrique.
Le bloc ne doit pas nécessairement être paralléfi- pipédique, et le traducteur pourrait aussi être constitué par un noyau magnéto-strictif. En effet, dans le cas d'un noyau de nickel ou d'une autre matière équivalente, la vibration suivant un axe de résonance est également accompagnée de contractions et d'élongations suivant des axes transversaux à cet axe de résonance.
La fig. 5 montre le cas d'un bloc 10 de forme tubu laire. Ce bloc 10 en céramique piézo-électrique com porte une électrode cylindrique 11 sur son pourtour extérieur et porte une électrode cylindrique 12 sur sa face intérieure. La fréquence de la tension alternative appliquée à ces électrodes est égale à la fréquence de résonance du tube de céramique, prise dans le sens de la longueur de celui-ci. Les vbrations longitudinales du tube sont accompagnées de contractions et d'élongations transversales, et si ce tube est plongé dans un liquide, l'espace intérieur du tube est soumis à un champ d'ultra sons très concentrés, puisque ces ultrasons convergent sur l'axe du tube.
On pourrait ainsi obtenir une action ultrasonore très vive sur les objets placés à l'intérieur dudit tube.