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PROCEDE ET DISPOSITIF PERFECTIONNES POUR ANALYSER DES SUBSTANCES
GAZEUSES.
L'invention concerne un procédé et un dispositif perfectionnés pour analyser les substances gazeuses et pour déterminer la nature d'un gaz ; elle concerne également des transducteurs ultrasoniques.
Il est souvent nécessaire de prévoir des moyens pour détecter rapidement des modifications dans la composition d'un mélange de gaz, c'est-à-dire pour détecter quantitativement l'introduction ou l'élimina- tion d'un constituant.
Comme exemple, on peut citer l'emploi d'un tel dispositif dans les mines. où il importe de détecter des impuretés explosives, telles que le méthane., présentes dans l'atmosphère, et à signaler la-présence de telles impuretés sans retard.
Dans la présente invention, on tire parti du fait que des modi- fications survnues dans la composition d'un gaz produisent des modificâ- tions dans ses caractéristiques de propagation du son, c'est-à-dire des modifications dans la vitesse et/ou l'affaiblissement du son traversant ce gaz.
On considérera ci-après la question de la vitesse du son dans le gaz: On sait que la vitesse du son dans un gaz est fonction de la tem- pérature absolue et d'une valeur qui dépend seulement de la nature du gaz. Cette valeur, qui est spécifique à chaque gaz, sera désignée ci-après par l'expression "indice de vitesse".
Dans le cas d'un gaz pur. on peut démontrer que C = T 1/2 H Ó /M) 1/2 où C est la vitesse du son; T - la température absolue; R - une constante de ce gaz; - le rapport des chaleurs spécifiques; et M - le poids moléculaire. Par conséquent, l'indice de vitesse d'un gaz est défini comme étant C /T 1/2, ce qui pour un gaz pur est égal à (R /M)1/2.
Un mélange de gaz possède un indice de vitesse qui représente la moyenne des indices de ses constituants.
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On a donc la possibilité de déterminer la quantité d'un gaz introduit dans un autre gaz ou éliminé de celui-ci.. vu qu'une modifica- tion dans la composition entraîne une modification de l'indice de vites- se de cette composition., Partant de là, la présente invention vise plus particulièrement à établir un dispositif pour mesurer les modifications survenues dans l'indice de vitesse d'un gazexprimées en tant qu'uen fraction de l'indice de vitesse présentée par ce gaz avant la modifica- tion, et donc pour indiquer instantanément la quantité, introduite ou éliminées d'un constituant connu.
Généralement ce procédé ne fournit d'indications que sur un constituant à la fois; toutefois,. dans certains cas,on peut déterminer les quantités de deux constituants lors d'une introduction et d'une éli- mination, cela pour la raison suivante :Certains gaz engendrent un af- faiblissement considérable du sons tandis quedans le cas d'autres gaz, cet affaiblissement est négligeable.
On peut donc,, dans certains cas, me- surer les quantités respectives de deux gaz connus ajoutés à un troisième gaz connu, lorsque les deux gaz possèdent, l'un une caractéristique d'af- faiblissement prononcée,, et l'autre une caractéristique d'affaiblissement négligeables cela à condition d'opérer des mesures séparées de l'effet com- biné des deux gaz sur la vitesse du son., d'une part, et sur 1?effet de 1' un de ces gaz sur 1?affaiblissement du son, d'autre part.
Le procédé et les moyens proposés sont applicables aux cas où il suffit, aux fins d'analyse ou de détections de savoir qu'il s'est produit une modification dans l'indice de vitesse et/ou dans l'affaiblis- sement; cela., soit parce que seule la présence d'un ou de deux constituants ou impuretés particulières est vraisemblable, commepar exemple, dans 1' air proche d'un liquide volatil connu.. soit là où la présence d'une impure- té quelconque exige une intervention,, commepar exémple, dans le cas de Pair dans lintérieur d'un sous-marin.
Le procédé selon la présente invention, visant à déterminer la nature d'un gaz, consiste à transmettre de l'énergie acoustique à haute fré- quence à travers un gaz et à mesurer les modifications subies par cette éner- gie sous l'effet dudit gaz.
En outrel'appareil selon la présente inventions destiné à déter- miner la nature d'un gaz, comprend une source de courant alternatif de hau- te fréquence, des transducteurs ultrasonores d'émission et de réception agis- sant conjointement, et des moyens pour mesurer les caractéristiques de sor- tie du transducteur de réception.
Selon un premier exemple d'exécution un tel appareil peut com- prendre un oscillateurs un transducteur d'émission et un transducteur de réception, à action conjuguées dont le trajet sonore traverse un tube con- tenant le gaz,et des moyens pour mesurer les caractéristiques de sortie du transducteur de réception par rapport aux caractéristiques d'entrée du trans- ducteur d'émission.
Les moyens pour mesurer lesdites caractéristiques peuvent consis- ter en un voltmètre ou un phasemètre.
Les modifications de vitesse apparaissent comme des modifica- tions du rapport de phases entre les transducteurs d'émission et de réception et sont enregistrées par le phasemètre.
L'affaiblissement correspond une diminution de l'amplitude; il apparaît comme un écart entre la tension du transducteur d'émission et celle du transducteur de réception et est enregistré par le voltmètre.
La longueur du tube représente la distance de transmission en- tre les transducteur, c'est-à-dire la longueur du trajet du son transmis.
Le susdit premier exemple de l'appareil selon l'invention est sujet aux erreurs d'un premier ordres dues aux variations de température ou aux modifications des propriétés électriques des éléments constitutifs
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de l'appareil. Bien qu'il soit possible de réaliser un appareil utilisa- ble dans ces conditions, le domaine d'application de celui-ci est limi- té.
Les erreurs susdites sont éliminées ou réduites à un minimum acceptable dans un deuxième exemple de l'appareil, dans lequel on effec- tue simultanément la mesure d'un gaz dont la composition doit être déter- minée (ci-après dénommé gaz variable) et celle d'un autre gaz, dont la composition est connue (dénomé ci-après gaz de référence)9 appareil dans lequel les modifications dans le gaz variable sont exprimées en tant que fractions des caractéristiques du gaz de référence.
Selon ledit deuxième exemple, l'appareil comporte un oscil- lateur. un premier jeu de transducteurs démission et de réception complé- mentaire dont le trajet sonore traverse un tube contenant le gaz à déter- miner, un deuxième jeu de transducteurs démission et de réception dont le trajet sonore traverse un tube contenant un gaz connu, et des moyens pour mesurer les caractéristiques de sortie des deux transducteurs de réception, les unes par rapport aux autres.
Un phasemètre et un voltmètre peuvent être utilisés pour me- surer les rapports de phase et d'amplitude des transducteurs de réception.
Les deux instruments de mesure peuvent être étalonnés de façon à marquer zé- ro dans le cas de conformité (c'est-à-dire lorsque le gaz variable et le gaz de référence sont les mêmes) et d'indiquer, en termes de modification de pourcentage tout changement survenu dans les proportions d'un ou deux des constituants du gaz variable.
Les distances de transmission des transducteurs sont d'un ordre te quelles fournissent un déphasage cumulatif ou un affaiblissement d'une am- plitude enregistrable. Lorsqu'il est fait usage d'un jeu de transducteurs à gaz variable et d'un jeu de transducteurs à gaz de référence, les deux dis- tances de transmission sont normalement identiques, mais elles peuvent être ajustées de façon à différer l'une de l'autre d'une fraction de longueur d'onde afin d'assurer une indication zéro pour une différence déterminée d' avance entre les gaz de référence et variable.
Afin de pouvoir donner au dispositif des dimensions qui permet- tent de le transporter aisément, on maintient une faible longueur des dis- tances de transmission, grâce, à l'emploi de fréquences ultrasonores, les transducteurs étant par conséquent adaptés à une transmission par ultrasons.
Or. lorsqu'il s'agit d'irradier de l'énergie ultrasonore dans un gaz, le problème qui se pose est beaucoup plus difficile que lorsqu'il s' agit d'émettre des radiations à travers un liquide ou un solide. Ceci est dû au fait que les émetteurs ultrasonores de forme courante comportent des quantités importantes d'énergie accumulée comparativement à leurs surfaces rayonnantes et, comme la résistance au-rayonnement offerte par le gaz est sensiblement moindre que celle opposée par un solide ou un liquide, il en résulte que, ou bien le rendement est réduit, ou bien le dispositif ne fonc- tionne que dans une bande de largeur très réduite. Pour certaines applica- tions, notamment pour la détection d'obstacles par ultrasons, aucun de ces désavantages n'est acceptable.
Pour cette raison et conformément à l'inven- tion, on prévoit en outre un transducteur ultrasonore dans lequel le cris- tal piézoélectrique de commande ou commandé est monté sur une membrane dont la fréquence résonnante serait approximativement égale à celle du cristal si celui-ci était suspendu librement., le cristal étant couplé à ladite mem- brane.
De préférence, le système à membrane présente une partie en forme de calotte sphérique et une partie annulaire dans laquelle le cristal est monté en des points diamétralement opposés.
Les connexions électriques du cristal portent avantageusement des noeuds de vibration de celui-ci.
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Dans tous les modes d'exécution de la présente invention, les- dits moyens pour mesurer les caractéristiques des transducteurs de sortie peuvent comporter des moyens de signalisation actionnée par des relais.
Plusieurs modes d'exécution de 1'appareil selon 1-'invention sont représentés dans les dessins annexés, dans lesquels la Figa 1 est une vue schématique d'un premier mode d'exécution de 1?appareil; la Fig. 2 est une vue schématique d'un deuxième mode d'exécution de cet appareil; la Fig. 3 est une élévation frontale d'un appareil basé sur le mode dexécution montré dans la Fig. 2; la Fig. 4 est une élévation postérieure de l'appareil, partie en coupe; la Fig. 5 est une élévation latérale de l'appareil,, partie en coupe; la Fig. 6 est une coupe suivant la ligne VI-VI de la Fig. 3; la Fig. 7 est une vue de détails à plus grande échelle, re- lative à la Fig. 6 ; la Fig. 8 est une coupe à plus grande échelle suivant la ligne VIII-VIII de la Fig. 6 ;
la Fig. 9 est un schéma de connexions; et les Figs. 10-12 sont des vues schématiques de dispositions de variantes selon l'invention.
Les dessins annexés représentent deux modes d'exécution d'un transducteur ultrasonore établi selon la présente invention., à savoir la Fig. 13 est une vue en plan d'un mode dexécution, la Fig.14 est une coupe suivant la ligne XIV-XIV de la Fig.
13 et
Fig. 15 est une coupe d'une variante.
Comme montré dans la Fig. 1 de ces dessins 1?appareil comprend un oscillateur 10,un transducteur d'émission Il.11 un transducteur de ré- ception 12, les transducteurs étant fixés aux extrémités d'un tube perforé 13 qui contient le trajet sonore entre les deux transducteurs. Les connexions d'entrée du transducteur 11 et les connexions de sortie du transducteur 12 aboutissent à un phasemètre 14 et à un voltmètre 15,comme représenté dans cette Figure.
En cours d'emploi, le tube 13 este exposé aux gaz à déterminer
Des modifications dans la composition du gaz affectent l'in- dice de vitesse du mélange et sont indiquées par le phasemètre.
Une introduction ou une séparation d'un gaz,, qui produisent une modifi- cation dans l'affaiblissement. sont indiquées par le voltmètre.
.. On exposera maintenant la base théorique de l'appareil en adop- tant les désignations conventionnelles ci-après:
C = vitesse du son dans le tube,, w = 2# x la fréquence transmise, x = longueur du tube; # = différence de phases entre les transducteurs démission et de réceptions #t= décalage de phases introduit par les transducteurs mêmes, #m = décalage de phases tel que mesuré par l'appareil,
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T = température absolue, t = temps mis par Inonde sonore à traverser la distance x,
U = index de vitesse du gaz contenu dans le tube.
S = sensibilité de l'appareil vis-à-vis des faibles modifica- tions fractionnelles de U.
On verra que t = x / C (1) et #= w t = w x /C (2)
Comme
U = C / T 1/2 par définition,, P' =-w x / T 1/2 U (3)
Ensuite #m = #t + # = #t = w x/ T 1/2 U (4) on U = w x / T 1/2 (om-ot) (5)
L9équation (5) montre que la longueur du trajet, la fréquen- ce, la température absolue et le décalage de phases dans le transducteur étant connus.. !S'indice de vitesse peut être calculé à partir de la mesure de déphasage 0m-c'est-à-dire que le phasemètre peut être étalonné de fa- con à indiquer une modification survenue dans les proportions de deux gaz connus.
Gomme / est périodique, !S'étendue de mesure de l'appareil doit évidemment être limitée à un déphasage de moins de 360 afin d'éviter toute équivoque.
Par différenciation de Inéquation (4)
S = - U do / dU = w x/ T 1/2 U (6 )
Comme w et x peuvent être choisie arbitrairement par le cons- tructeur. on peut obtenir une bonne sensibilité de l'instrument lorsque l'expression w x représente une valeur maximum.
En outre,comme la sensibilité est proportionnelle à la lon- gueur du tube et que la fréquence est par contre inversement proportion- nelle à l'étendue de mesure dans laquelle on peut obtenir une indication exempte de répétition périodique,,, l'appareil peut être établi en vue d' une indication sensible de faibles modifications dans la composition ou pour une indication moins sensible de modifications plus importantes de cette composition,. suivant le cas.
La Figo 2 représente un mode d'exécution d'un appareil dans le- quel la probabilité d'une erreur due aux variations de température ou aux imperfections de l'appareillage électrique est réduite au minimum.
Dans la variante de la Figo 2. un oscillateur 10 est connec- té de façon à exciter un premier jeu de transducteurs 11 - 12, dont le trajet sonore traverse un tube perforé 13 accessible au gaz variable, ainsi qu'un deuxième jeu de transducteurs 16, 17 dont le trajet sonore passe dans un tube hermétiquement fermé 18 contenant un gaz de référence.
Les connexions de sortie des transducteurs de réception 12 et 17 aboutis-
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sent à un phasemètre 14 età un voltmètre 15. comme montré.
La base théorique de l'appareil selon cette dernière variante est la suivante: Lorsque les transducteurs,,, les longueurs des trajets so- nores et les indices de vitesse sont identiques,, le phasemètre indique zéro. Lorsque l'indice de vitesse du gaz variable passe de U à U +S U, où $ U U, le déphasage entre les deux transducteurs de réception sera, en appliquant Inéquation (6), comme suit o =S S U /U (10).
En d'autres termes, lorsque U est connu, U peut être calculé et le phasemètre peut être étalonné en conséquence.
Cette disposition (Fig. 2) offre les avantages suivants
L'effet des variationsde la température sur le déphasage se présente comme une fraction de S U et non pas comme une fraction de U. L'efffet de la température est donc négligeable pour de faible écarts.
L'appareil est à lecture directe et est relativement à l'abri d'irrégularités dans l'étalonnage, vu que les erreurs dues à une diffé- rence entre les températures des deux tubes peuvent être éliminées par la juxtaposition de ceux-ci et que de faibles modifications de la fréquence n'affectent pas la lecture, vuq que de telles modifications sont de natu- re à affecter les deux trajets de la même manière.
Dans l'appareil exemple, l'appareil est prévu pour être ins- tallé dans une mine afin de détecter la présence de méthane et/ou de bi- oxyde de carbone dans l'air. Par conséquent, le tube à gaz de référence
18 est rempli d'un échantillon d'air pur, tandis que l'intérieur du tube à gaz variable 13 est exposé à l'air ambiant de la mine.
On sait que le méthane est plus léger que l'air et qu'il trans- met donc le son à une vitesse relativement plus élevée, sans toutefois donner lieu à un affaiblissement marque du sono Le bioxyde de carbone est plus lourd que 1?air d'où diminution correspondante de la vitesse du son, mais ne donne pas lieu à un affaiblissement de ce dernier.
Par conséquent, une incidence de méthane se traduit par une montée du phasemètre,. tandis qu'une incidence du bioxyde de carbone se traduit par une descente du phasemètre et une descente du voltmètre.
Lorsque les deux gaz se présentent simultanément, seule la présence du bioxyde de carbone sera décelée directement, c'est-à-dire, à l'aide du voltmètre,, tandis que le phasemètre indiquera la présence du mé- thane indirectement, en ce sens qu'il traduira l'effet combiné des deux gaz sur la vitesse du son, ce qui en réalité, peut amener le phasemètre à zéro.
Toutefois, la lecture des instruments permet' zependant de déceler la-pré- sence de méthane, étant donné qu'une descente du phasemètre., sans une des- cente proportionnelle du voltmètre, indique la présence et du bioxyde de carbone toxique, et de méthane explosifs ce qui justifie l'émission d'un si- gnal d'alarme pour cette double raison.
Comme montré dans les Figs. 3 à 8, un mode de construction de l'appareil est encastré dans une boîte rectangulaire 30 comprenant une pla- que frontale en fonte 31 et un coffret 32 réunis l'un à l'autre d'une maniè- re hermétique avec interposition d'un joint 33, et fixés l'un à l'autre par des vis 34. La plaque 31 présente un évidement extérieur 35 à proximité d'un appendice intérieur 36. Un tube 13 à gaz variable est déterminé par une gorge semi-circulaire 37 formée dans l'auge 35 et par une rigole semi-circulaire
38.
Un intervalle 39 est laissé entre la gorge 37 et la bande 38,de façon que le tube à gaz variable puisse communiquer avec l'atmosphère'. L'appendi- ce 36 est muni d'un forage 40 destiné à recevoir une mèche à eau appelée à assurer l'état d'humidité constant dans le tube à gaz variable., à l'aide des orifices 41. En outre, l'appendice 36 présente un forage 42,, lequel est complètement obturé et constitue le tube à gaz de référence 18.
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Le tube à gaz de référence 18 et le tube à gaz variable 13 sont situés au voisinage immédiat l'un de l'autre., dans la même pièce de métal ou sur celle-ci,,, laquelle constitue la poche ou appendice 36, ce qui assure la plus grande uniformité de température entre-les tubes.
Les transducteurs 11, 12 et 16, 17 sont fixés aux extrémités de la poche 36. Le cadran du phasemètre est visible à travers la vitre 43.
L'interrupteur 44 et le commutateur 45 sont encastres dans la plaque 31, de façon à être situés sur la face intérieure de celle-ci,tout en pouvant être actionnés depuis l'extérieur; des moyens d'isolement (non représentés) étant prévus afin d'empêcher l'entrée de l'air atmosphérique dans la boite 30 à l'endroit où les leviers de l'interrupteur et du commutateur traver- sent la plaque 31.Une ampoule 46, montée sur le cadran du phasemètre 14, est visible à travers la fenêtre 43. Le but de'l'interrupteur, du commuta- teur et de l'ampoule sera décrit ci-après à propos de la Fig. 9.
Une partie seulement des éléments électriques de l'appareil sont représentés dans les Figso 3-8, l'ensemble du système étant montré dans le schéma de câblage (Figo 9), étant entendu que tous les éléments en question sont contenus dans 19intérieur de la boite 30.
Comme montré dans la Figo 9, l'appareil comprend des batteries de haute et de basse tension, respectivement 47 et 48.. l'interrupteur 44 étant intercalé dans le conducteur d'alimentation basse tension.
L'ampoule 46, qui représente une lampe au néon,,, est prévue dans le câblage de l'oscillateur afin d'indiquer si l'oscillateur fonctionne; cette lampe a en outre la propriété de stabiliser l'oscillateur et,,, incidemment,, indi- que, par un éclat excessif,, un défaut dans un quelconque des transducteurs d'entrée 11 ou 16.
Un amplificateur 49 précède le phasemètre 14 qui, dans cet exem- ple, comporte un modulateur 14a, dit "ring modulator", suivi d'un voltmè- tre à courant continu 14B,
Le commutateur 45 est interposé dans un des conducteurs de sor- tie du transducteur 12. Dans la position représentée dans les dessins, ce commutateur établit le circuit de fonctionnement normal. Pour permettre une vérification de la-lecture sur l'échelle complète du phasemètre.on manoeuvre le commutateur 45 de façon à réunir ledit conducteur de sortie du transduc- teur 12 à l'entrée de l'amplificateur 49.
On verra ci-après comment le phasemètre satisfait encore à d'au- tres conditions de l'utilisation pratique. Ces conditions sont les suivan- tes: Les indications fournies par la lecture de l'instrument doivent être du même ordre de sensibilité que celui pour lequel l'appareil a été établi et être proportionnelles au changement de composition; l'instrument doit pouvoir permettre une lecture dans une graduation de "sécurité" et une gra- duation de "danger"; le risque de variations dans les propriétés des lampes électroniques de l'appareil.. variations susceptibles de déterminer des in- dications erronées, doit être réduit au minimum; en particulier, de telles variations ne doivent pas être à même de transformer une indication de "sé- curité" en une,.indication de "danger" et vice-versa.
En ce qui concerne la proportionnalité et la sensibilité des in- dications de l'instrumenta on notera ce qui suifs
Comme indiqué à propos de la Fig. 9le phasemètre comprend un modulateur-dit "ring modulator", suivi d'un instrument à courant continu.
Comme on le sait, un tel modulateur fournit une sortie de courant continu qui peut être de l'un ou de l'autre signe, cette sortie étant proportion- nelle au cosinus de l'angle de phase entre les deux courants d'entrée. Ain- si, dans la région du déphasage de 90 , l'instrument à courant continu four- nit une indication zéro,, ceci étant le zéro de l'appareil. Eu égard à la forme de la combe cosinoldale;, les indications de cet instrument sont les plus sensibles dans une plage s'étendant sur 60 environ de part et d'au-
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tre du zéro, c'est-à-dire que, dans cette plage, un décalage de phase re- lativement réduit détermine une déviation relativement importante de 1' instrument.
De plus.. dans cette plage, les indications de l'instrument re- présentent une fonction presque linéaire'de 19angle de phasec'est-à-di re que l'indication de 19instrument est presque directement proportionnel- le au changement de composition.
Concernant les indications de "sécurité" et de "eanger": en augmentant ou en réduisant la longueur de l'un des tubes, c'est-à-dire la longueur des trajets de transmission, d'une fraction de la longueur d'onde appliquée dans l'appareil, on peut faire en sorte que le zéro de celui-ci corresponde à une proportion voulue quelconque des constituants du gaz variable, plus spécialement à un degré d'impureté déterminé qui représente un danger.
En ce qui concerne l'effet des variations dans les valves thermioniques ou dans l'alimentation: Celles-ci représentent une valeur minimum lorsque l'appareil est à zéro, ce dernier représentant également la zone de la plus grande exactitude des indications. En raison des pro- priétés du modulateur, dit "ring modulator", ces variations apparaissent dans l'amplitude du signal appliqué et ne peuvent pas transformer une indication positive en une indication négative., de sorte qu'il ne peut pas y avoir de confusion entre "danger" et sécurité.
Pour permettre d'établir l'appareil sous un format facilement transportables les longueurs de tubes doivent être réduites au possible,. et être par exemple de 7,62 à 10,16 cm. Pour obtenir néanmoins une sensi- bilité élevée et un effet de déphasage cumulatif d'amplitude enregistrable, la fréquence doit être supersonique, par exemple de 30 kilocycles par se- conde. Pour travailler avec des fréquences aussi élevées, on emploie les transducteurs à haute fréquence, tels que décrits à propos des Figures 13, 14 et 15.
Comme montré dans la Figa 10, les tubes 13 et 18 sont juxtapo- sés par leurs extrémités d'émission. Un transducteur 80 à deux diaphragmes opposés 81 est prévu pour transmettre les ondes sonores à travers les deux tubes. Les tubes 13 et 18 sont munis à leurs extrémités de sortie de trans- ducteurs de réception 12 et 17. Sous tous les autres rapports, cette dis- position est conforme au mode d'exécution montré dans la Fig. 2.
Dans le mode d'exécution de la Fig. 11, un transducteur d' émission 11 et un transducteur de réception 12 sont fixés chacun à une chambre conique 70. Les chambres 70 sont à leur tour fixées chacune à une extrémité d'un corps 71 comportant un alésage à gaz de référence 18 et un alésage à gaz variable 13,ce dernier communiquant avec l'at- mosphère par une fente 72.De fines membranes 73,73 obturent les extrémi- tés supérieures et inférieures des alésages 18 et 13. La sortie du trans- ducteur de réception peut être réglée par rapport à zéro en modifiant la position latérale de l'un des transducteurs par rapport au tube ou au moyen d'une vis de réglage 74 qui obstrue partiellement le diamètre de l'un des alésages,. 1?alésage à gaz de référence dans cet exemple.
Lorsque la composition du gaz variable diffère de celle du gaz de référence, le transducteur de réception réagira sous la forme d'une sortie déterminée.
Comme montré dans le mode d'exécution de la Fig. 12 les tubes 13 et 18 sont incurvés et il est fait usage de transducteurs d9émission et de réception 80 et 82 d'un type comportant deux membranes opposées 81. chaque transducteur pouvant émettre dans les deux directions ou re- cevoir des deux directions. Le côté de sortie du transducteur 82 est re- lié par un redresseur 83 à un relais 84 destiné à actionner un disposi- tif avertisseur (une cloche par exemple) (non représenté dans les des- sins) lorsqu'un degré de variation détermine est atteint.
On considérera maintenant les figs. 13., 14, 15:
Dans le mode d'exécution représenté dans les.Figsa 13 et 14,
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on prévoit un transducteur ultrasonore 101 comprenant un anneau de support 102 auquel est fixé un système à membrane 103. Ce système se compose d' une membrane antérieure 104 et d9une membrane postérieure 105, cimentées 1?une à 1?antre et à Panneau de support 102 à 1?aide d'un ciment thermo- durcissable approprié.
Le diaphragme antérieur 104 est formé en emboutis- sant une feuille en alliage léger dune épaisseur denviron 0,00254 cm, de façon à constituer une partie centrale sous la forme d'une calotte sphérique 106 entourée d'une bride 1070 Le segment postérieur 105, lequel est établi en une matière similaire. est entouré d'une bride 108 en cette même matière la partie centrale étant toutefois enlevée à l'exception dé deux pattes 109 diamétralement opposées. c'est-à-dire, situées sur les cô- tés opposés de l'orifice central 110.
On peut éventuellement prévoir des parties centrales présen- tant une autre forme que celle d'une calotte sphériqueo
Sur les deux pattes 109 est monté un piézo-cristal dimorphe "à déformation" 111 dont la fréquence de résonance., lorsqu-'il est librement suspendu estapproximativement égale à celle de l'équipage du système à mem- brane. Le montage est assuré en se servant de deux coins 113 demeurant libres.
Les connexions électriques 114 sortent par le milieu des côtés. afin de les soustraire aux détériorations dues aux vibrationso
La membrane 103 et le cristal dimorphe 111 sont solidarisés par la rigidité des pattes de montage 109. Ceci transforme le système en l'équi- valent mécanique d'un filtre passe-bande, avec,,, comme résultat.\) une augmen- tation de la largeur de bande.
En cours de fonctionnement., la membrane 103 et le cristal dimor- phe 111 travaillent au voisinage de la résonance (c'est-à-dire au voisina- ge de leurs propres fréquences de résonances par opposition à la pratique courante dans le cas-de microphones).
Comme le cristal dimorphe 111 est supporté par deux coins 112 seulement et que 1?effort mécanique agissant sur lui est réduite la fréquen- ce de. résonance se rapproche de celle d'un cristal librement suspendu (et qui est environ quatre fois celle d'un cristal monté de façon classique).
Un montage rigide n9est pas nécessaire,. vu que les forces élastiques qui entrent en jeu lors de la déformation du cristal n'apparaissent pas aux supports.
Comme Inefficacité doit être maintenue à un degré aussi élevé que possible, il n9est pas fait usage de matières s9amortissement mécaniques., -lesquelles sont d9un effet incertain et susceptibles de détérioration.
Le cristal est protégé contre les chocs de l'extérieur.
La forme de la mebrane (c'est-à-dire, semi-sphérique ou analo- gue) est choisie de façon à offrir une rigidité suffisante, tout en assu- rant une caractéristique directionnelle requiseo
Les transducteurs peuvent trouver de nombreuses applications.
Par exemple,, lorsqu'ils sont employés comme dispositif d'alarme contre le cambriolages en vue d'émettre un signal avertissant de l'ouvertu- re d'une porte.,, la moitié émettrice entourée par un réflecteur... ainsi qu'un récepteur à cristal analogue,,, sont disposés tous deux du même côté de la porte et sont placés de telle façon qu9un faisceau émis par l'émet- teur est réfléchi optiquement vers le récepteur par une partie de la surfa- ce de la porte lorsque celle-ci est fermée. Lorsque le cristal de l'émet- teur est excité électriquement, le faisceau ultrasonore incite le cristal récepteur à engendrer des courants électriques qui assurent la mise hors courant d'un circuit d'alarme.
Lorsque la porte s'ouvre, ou que quelqu'un traverse le faisceau ultrasonore., celui-ci ne tombe plus sur le cristal récepteur, de sorte que le circuit d'alarme est mis sous courants donnant ainsi l'alerte. Il est à noter qu9aucun organe ne doit être attaché à la porte ni dans un--rayon de quelques mètres de celle-ci et que l'émetteur et
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le récepteur peuvent être camouflés.
Parmi les autres applications du transducteur ultrasonore, on peut .citer la détection d9obstacles, le guidage des aveugles, la détection des gaz, les lignes de retard et les systèmes de communications par onde porteuse.
Dans la Fig. 15,deux membranes 106 106a sont assemblées dos à dos, de part et d9autre d'un seul cristal 111a, dans des anneaux 102., 102a, réunis à l'aide d'un seul élément de support 102b. Les membranes 106, 106a sont assujetties à 1?aide de pattes 109, 109a, dans une monture commune 105a de part et d9autre d'un cristal commun 112a muni de connexions 114.
Comme montré dans la Figa 15, et conformément à ce qui a été décrit plus haut. ce montage est réalisé de façon à être applicable dans un dispositif servant à comparer,par exemple la vitesse du son dans deux milieux fluides, gazeux par exemple.
Ces deux milieux peuvent être contenus dans des capacités appro- priées quelconquestelles que décrites plus haut par exemple un tube perfoxé et un tube non perforé.
Un tel dispositif permet une émission du son par le cristal sui- vant deux directions.
L'invention réalisée sous cette forme est applicable par exemple à un détecteur de gaz,,, tel que décrit plus haute dans lequel deux tubes, dont un perforé et 1?autre non perforé et scellée forment respectivement un tube d'essai et un tube étalon, destinés respectivement au gaz impur et au gaz pur, dans les exploitations de mines. Ces tubes sont appliqués aux côtés actifs des membranes 106, 106a. sur les côtés opposés du cristal 112a.
On obtient ainsi deux transducteurs de son, dont un dans un tube et un dans l'autre. Le tube non perforé n'est pas en communication avec le gaz ambiant, tandis que le tube perforé communique avec ce gaz. Un gaz combusti- ble et/ou toxique peut pénétrer dans le tube perforé. Ces gaz peuvent consis- ter par exemple en naphtalène et bioxyde de carbone. Par conséquent, la vi- tesse du son sera modifiée dans le tube perforé. En comparant la vitesse du son dans les deux tubes,, on peut obtenir une indication quant à la propor- tion de gaz impur dans 1?air ambiant.
REVENDICATIONS.- la Procède pour déterminer la nature d'un gazconsistant à trans- mettre de 1?énergie sonore à haute fréquence à travers ce gaz et à mesurer les modifications subies par cette énergie sous l'effet de ce gaz.