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CONVERTISSEUR A CERAMIQUE DESTINE A L'EMISSION AINSI QU'A LA RECEPTION D'ONDES SONIQUES DANS UN FLUIDE.
La présente addition a trait aux convertisseurs destinés à convertir des oscillations électriques en ondes d'espace de pression dans des fluides et vice-versa et, plus particulièrement, à une nouvelle forme de réalisation d'un convertisseur du type de ceux définis dans le brevet principal N 509.494 et la seconde demande de brevet de perfectionnement N 405.173, pour "Convertisseur à céramique destiné à 1-'émission ainsi qu'à la réception d9ondes soniques dans un fluide".
Un objet de l'invention consiste à réaliser un convertisseur de construction simple ayant un prix de revient relativement faible.
Un autre objet de l'invention consiste à réaliser un tel convertissseur qui soit puissant et sensible tout en ayant une forme relativement ramassée.
Ces objets et caractéristiques et d'autres encore de la présente invention apparaîtront plus clairement de la description détaillée qui suit, ainsi que des dessins y annexés, étant bien entendu que ceux-ci ne sont donnés qu'à titre d'exemple nullement limitatif.
Sur les dessins
La figo 1 est une vue de dessous, avec des parties arrachées, de la forme de réalisation suivant l'invention;
La fige 2 est une vue longitudinale et verticale en coupe pri-
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se suivant le plan II -II de la fige 1;
La fige 3 est une vue en coupe prise suivant le plan III-III de la fig. 1 ;
La fig. 4 est une vue en coupe, agrandie, prise suivant le plan IV-IV de la fig. 1;
La fig. 5 est une vue détaillée en coupe d'un élément convertisseur annulaire ; la fig. 6 est un schéma des connexions électriques du convertis- seur suivant la fig. 1.
La forme de réalisation suivant la présente addition utilise des éléments annulaires en céramique vibrant radialement, tels que ceux définis et employés dans le brevet principal et le second brevet d'addition mention- nés précédemment ; tel élément est représenté sur la fig. 5 comme étant com- posé d'un anneau 11 en céramique électro-mécaniquement sensible possédant des électrodes 12 et 13 sur ses faces interne et externe, ces électrodes pouvant être constituées par une fine pellicule d'argent déposée sur la céramique, par exemple par fusion.
Le convertisseur représenté sur les fig. 1, 2 et 3 est plus particulièrement destiné à être employé sous l'eau.
Celui-ci comprend seize éléments annulaires 10 rassemblés en un réseau relativement long par rapport à sa largeur. En effet, les éléments annulaires 10 sont placés en trois rangées, la rangée intérieure contenant six éléments, et chacune des rangées extérieures contenant cinq éléments. L'emploi d'un grand nombre d'éléments, comme ici, non seulement augmente la puissance par rapport à l'emploi d'un élément unique, mais produit un effet directif particulièrement souhaitable.
Les éléments annulaires 10 sont disposés dans un logement formé dans la face arrière d'une paroi frontale 14 constituée par une composition à base de caoutchouc perméable au son. En d'autres termes, la substance employée pour la paroi frontale 14 est capable de se laisser traverser par le son et possède en outre approximativement la même impédance caractéristique que celle de l'eau, de sorte que lorsque.le dispositif est plongé dans celle-ci, il n'y a que très peu de perte d'énergie par réflexion à la limite entre la paroi 14 et l'eau.
Le logement ménagé dans la face arrière de la paroi frontale 14 est limité à chaque extrémité par un épaulement 15 définissant aussi à chaque extrémité le bord latéral 16 du logement. Comme cela est représenté en 16a sur la fige 1, ce bord 16, aux extrémités de ce logement, est formé de façon à épouser les faces voisines des éléments annulaires d'extrémité du réseau.
La paroi frontale 14 contient aussi des protubérances 17 faisant saillie du fond 18 du logement.
Ces protubérances conjointement avec le bord latéral 16 du logement définissent des poches individuelles destinées à recevoir et à retenir les éléments annulaires 10. La face arrière 15a de chaque épaulement 15 ménagé sur la paroi frontale 14 et les faces arrières des protubérances 17 se trouvent dans un même plan espacé du fond 18 du logement d'une distance égale à la longueur axiale des éléments annulaires 10. Le logement est obturé par une paroi 20 réfléchissante pour le son constituée par une matière relativement dense, telle qu'un métal, agissant comme un réflecteur sonique.
L'épaisseur de cétte paroi réfléchissante 20 doit être égale à un quart de la longueur d'onde du son dans la matière, cette longueur d'onde étant moindre pour des matières plus denses. Dans la présente construction, il est souhaitable, afin de maintenir l'épaisseur totale du convertisseur relative-
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ment faible, d'employer pour la paroi réfléchissante 20 une matière relativement dense, comme par exemple du plomb.
Les poches individuelles définies par le bord latéral 16 du logement et les protubérances 17 sont plus grandes que les éléments annulaires 10, de façon à laisser disponible une place pour loger un anneau 44 en une substance d'isolation acoustique, telle que du caoutchouc cellulaire, autour de chaque élément annulaire 10. Ces anneaux 44 isolent acoustiquement les faces extérieures des éléments annulaires 10 les unes des autres ainsi que des faces intérieures de travail des éléments annulaires 10 et de la paroi frontale 14.
La paroi réfléchissante 20 est maintenue contre la face 15a de chaque épaulement 15 et les protubérances 17, pour clore le logement dans lequel sont disposés les éléments annulaires 10, par une paroi arrière qui, dans la présente forme de réalisation, comprend une paroi extérieure 22, en une substance relativement dure à base de caoutchouc, et une paroi intérieure 23 en une substance solide absorbant le son, telle que celle connue dans le commerce sous le nom de "Corprene" ou que du caoutchouc cellulaire. La paroi intérieure 23 recouvre la surface délimitée par les bord externes des épaulements 15 de la paroi frontale. La paroi extérieure 22 recouvre la surface délimitée par les bords externes du rebord arrière 14a de la paroi frontale et est solidement fixée à celui-ci.
Un organe continu et métallique de renforcement 25 peut être noyé dans ce rebord arrière 14a. La paroi arrière 22 peut également comporter un organe similaire de renforcement 26 moulé dans celle-ci. L'organe 26 est traversé par des orifices destinés à livrer passage à des vis 27, et l'organe de renforcement 25 comporte des orifices taraudés destinés à recevoir lesdites vis, afin de réaliser ainsi une obturation étanche en serrant énergiquement la paroi arrière 22 contre le rebord 14a de la paroi frontale. Un ciment ou un compound approprié d'étanchéité peut être interposé entre la surface de contact des parois frontale et arrière, de façon à assurer une liaison étanche à l'eau.
Le branchement électrique au convertisseur est réalisé au moyen d'un câble 30 traversant d'une manière étanche une extrémité de la paroi frontale 14. Ce câble 30 peut comporter deux conducteurs 31 et 32 et peut avoir une armature métallique externe 33 qui est portée au potentiel de la masse. Si le convertisseur est employé sous l'eau, la liaison à la masse de l'armature 33 est réalisée par son contact direct avec l'eau. Dans certains cas, il peut être souhaitable de relier la plaque réfléchissante 20 à la masse en connectant celle-ci à l'armature 33, comme cela est représenté sur la fig2.
Comme cela a été mentionné précédemment, chacun des éléments annulaires 10 possède respectivement une électrode interne 12 et une électrode externe 130 Ces électrodes sont connectées aux conducteurs 31 et 32, comme cela est représenté sur la fig. 6. Pour ce faire, on a prévu quatre lignes 35, 36, 37, 38 s'étendant longitudinalement dans des rainures 40 prévues à cet effet dans le fond du logement contenant les éléments annulaires 10. Comme cela a été représenté sur la fig. 6, la ligne 35 est connectée aux électrodes internes de tous les éléments annulaires d'une des rangées extérieures, tandis que les électrodes externes des éléments annulaires de cette rangée et de la rangée du milieu sont connectées à la ligne 36.
La ligne 37 est conneo- tée aux électrodes internes de tous les éléments annulaires de la rangée du milieu et de l'autre rangée extérieure, tandis que la ligne 38 est connectée aux électrodes externes de tous les éléments annulaires de cette dernière rangéeo Avec cet agencement, on voit que toutes les électrodes internes sont connectées directement au conducteur 31 et que toutes les électrodes externes sont connectées directement à un conducteur 42, lequel est relié au conducteur 32 par 1?intermédiaire dune self-inductance 43. Cette self-induc-
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tance 43 est prévue pour compenser la capacitance des éléments annulaires et de ce fait, réduire l'impédance totale d'entrée présentée aux conducteurs 31 et 32 du câble de branchement.
Il est aussi souhaitable de connecter toutes les électrodes des différents éléments en parallèle, comme cela est représenté, afin de réduire l'impédance électrique,, puisque l'impédance de chacun des éléments annulaires est relativement élevée.
La self-inductance 43, camme cela est mieux représenté sur les figso 1 et 2, est placée dans une cavité 45 prévue entre les parois frontale et arrière 14 et 220
Il est nécessaire pour le fonctionnement du mode de réalisation qui vient dêtre décrit que l'espace compris à l'intérieur des éléments annulaires 10 et entre la paroi frontale 14 et la paroi réfléchissante 20 soit rempli d'un milieu approprié propageant le son, tel que de l'huile de ricin qui possède une impédance acoustique adaptant celle de la paroi frontale 14 à celle de 1-'eau avec laquelle celle-ci est en contact en utilisation.
Dans la construction représentée, ce liquide remplit complètement 1-intérieur du convertisseur,un orifice de remplissage 46 étant prévu dans la paroi arrière 22 à cet effet. Cet orifice de remplissage est obturé par un bouchon à vis.
Bien quil soit préférable de remplir la totalité de l'espace intérieur du convertisseur avec une huile appropriée, il n'est pas essentiel pour le fonctionnement de ce convertisseur que 1-'huile se trouve partout mais seulement à l'intérieur des éléments annulaires 10 entre la paroi réflé- chissante 20 et la paroi frontale 14. Ainsi, si cela est désiré, le logement contenant les éléments annulaires 10 peut être rempli avec 1-'huile avant la mise en place de la paroi réfléchissante 20, cette paroi étant ensuite scellée à l'épaulement 15 avec un ciment approprié.
En limitant l'introduction de 1-'huile à la place où celle-ci est réellement utile, cela présente l'avantage de procurer une isolation acoustique plus efficace entre la paroi réfléchissante 20 et la paroi arrière 22. Ceci tient au fait que la substance d'isolation acoustique formant la paroi 23, telle que le "Corprene" ou le caoutchouc cellulaire, reste efficace pendant un temps plus long lorsque celle-ci est dans 1?air au lieu d'être plongée dans l'huile ou un autre li- quide. Lorsque l'huile doit être limitée à l'espace contenant les éléments 10, les rainures 40, à l'endroit où celles-ci traversent l'épaulement 15 pour aller à la cavité 45, sont remplies avec un compound d'étanchéitée.
Le mode de réalisation qui vient d'être décrit présente d'importants avantages du point de vue de la fabrication., du fait que tous les éléments annulaires 10 et tous les éléments électriques sont contenus dans la paroi frontale 14.
En outre, on a remarqué que la disposition des lignes 35, 36, 37 et 38 dans la paroi frontale 14 et que le fait d'avoir prévu des protubérances 17 n' altèrent en aucune façon le comportement de la paroi frontale en tant que paroi de transmission acoustique.
Bien que dans un but d'explication de 1-'invention une réalisation particulière de celle-ci ait été représentée et décrite, il doit être entendu que divers changements ou modifications évidents à tout homme de 1' art peuvent y être apportés sans sécarter pour cela de l'esprit de l'invention ni sortir de son domaine.
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CERAMIC CONVERTER INTENDED FOR THE EMISSION AS WELL AS THE RECEPTION OF SONIC WAVES IN A FLUID.
The present addition relates to converters intended to convert electrical oscillations into pressure space waves in fluids and vice versa and, more particularly, to a new embodiment of a converter of the type defined in the patent. main N 509,494 and the second improvement patent application N 405,173, for "Ceramic converter intended for 1-emission as well as reception of sonic waves in a fluid".
An object of the invention is to provide a converter of simple construction having a relatively low cost price.
Another object of the invention is to provide such a converter which is powerful and sensitive while having a relatively compact shape.
These objects and characteristics and still others of the present invention will emerge more clearly from the detailed description which follows, as well as from the appended drawings, it being understood that these are given only by way of non-limiting example.
On the drawings
Figo 1 is a bottom view, with parts broken away, of the embodiment according to the invention;
Figure 2 is a longitudinal and vertical view in primary section.
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following the plane II -II of fig 1;
Figure 3 is a sectional view taken along the plane III-III of FIG. 1;
Fig. 4 is a sectional view, enlarged, taken along the plane IV-IV of FIG. 1;
Fig. 5 is a detailed sectional view of an annular converter element; fig. 6 is a diagram of the electrical connections of the converter according to FIG. 1.
The embodiment according to the present addition utilizes radially vibrating ceramic annular elements, such as those defined and employed in the main patent and the second patent of addition mentioned above; such an element is shown in FIG. 5 as being composed of an electro-mechanically sensitive ceramic ring 11 having electrodes 12 and 13 on its internal and external faces, these electrodes possibly being constituted by a thin film of silver deposited on the ceramic, for example by fusion.
The converter shown in Figs. 1, 2 and 3 is more particularly intended for use underwater.
This comprises sixteen annular elements 10 assembled in a relatively long network with respect to its width. Indeed, the annular elements 10 are placed in three rows, the inner row containing six elements, and each of the outer rows containing five elements. The use of a large number of elements, as here, not only increases the power over the use of a single element, but produces a particularly desirable directional effect.
The annular elements 10 are arranged in a housing formed in the rear face of a front wall 14 formed by a rubber-based composition permeable to sound. In other words, the substance used for the front wall 14 is capable of being passed through by sound and furthermore has approximately the same characteristic impedance as that of water, so that when the device is immersed in that -Here, there is only very little loss of energy by reflection at the boundary between the wall 14 and the water.
The housing provided in the rear face of the front wall 14 is limited at each end by a shoulder 15 also defining at each end the lateral edge 16 of the housing. As shown at 16a on pin 1, this edge 16, at the ends of this housing, is formed so as to match the neighboring faces of the annular end elements of the network.
The front wall 14 also contains protuberances 17 projecting from the bottom 18 of the housing.
These protuberances together with the side edge 16 of the housing define individual pockets intended to receive and retain the annular elements 10. The rear face 15a of each shoulder 15 provided on the front wall 14 and the rear faces of the protuberances 17 lie in one. same plane spaced from the bottom 18 of the housing by a distance equal to the axial length of the annular elements 10. The housing is closed by a sound-reflecting wall 20 formed by a relatively dense material, such as a metal, acting as a sonic reflector.
The thickness of this reflecting wall 20 should be equal to a quarter of the wavelength of sound in the material, this wavelength being less for denser materials. In the present construction, it is desirable, in order to maintain the total thickness of the converter relative-
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weakly, to use for the reflective wall 20 a relatively dense material, such as lead.
The individual pockets defined by the side edge 16 of the housing and the protuberances 17 are larger than the annular elements 10, so as to leave a place available to house a ring 44 made of a sound-insulating substance, such as cellular rubber, around each annular element 10. These rings 44 acoustically isolate the outer faces of the annular elements 10 from each other as well as the inner working faces of the annular elements 10 and of the front wall 14.
The reflecting wall 20 is held against the face 15a of each shoulder 15 and the protuberances 17, to close the housing in which the annular elements 10 are arranged, by a rear wall which, in the present embodiment, comprises an outer wall 22 , of a relatively hard rubber-based substance, and an inner wall 23 of a solid sound-absorbing substance, such as that known commercially as "Corprene" or cellular rubber. The inner wall 23 covers the surface delimited by the outer edges of the shoulders 15 of the front wall. The outer wall 22 covers the surface delimited by the outer edges of the rear flange 14a of the front wall and is firmly fixed thereto.
A continuous metallic reinforcing member 25 can be embedded in this rear flange 14a. The rear wall 22 may also have a similar reinforcing member 26 molded therein. The member 26 is crossed by orifices intended to provide passage for screws 27, and the reinforcing member 25 comprises threaded orifices intended to receive said screws, in order thus to achieve a tight seal by vigorously tightening the rear wall 22 against the flange 14a of the front wall. A cement or an appropriate sealing compound can be interposed between the contact surface of the front and rear walls, so as to ensure a watertight connection.
The electrical connection to the converter is made by means of a cable 30 passing in a sealed manner one end of the front wall 14. This cable 30 may comprise two conductors 31 and 32 and may have an external metal frame 33 which is carried to the side. ground potential. If the converter is used under water, the connection to the ground of the frame 33 is made by its direct contact with water. In some cases, it may be desirable to connect the reflective plate 20 to ground by connecting it to the frame 33, as shown in fig2.
As mentioned previously, each of the annular elements 10 respectively has an internal electrode 12 and an external electrode 130. These electrodes are connected to the conductors 31 and 32, as shown in FIG. 6. To do this, four lines 35, 36, 37, 38 have been provided extending longitudinally in grooves 40 provided for this purpose in the bottom of the housing containing the annular elements 10. As has been shown in FIG. 6, the line 35 is connected to the internal electrodes of all the ring elements of one of the outer rows, while the outer electrodes of the ring elements of this row and of the middle row are connected to the line 36.
Line 37 is connected to the internal electrodes of all ring elements in the middle row and the other outer row, while line 38 is connected to the external electrodes of all ring elements in this last row. it can be seen that all the internal electrodes are connected directly to the conductor 31 and that all the external electrodes are connected directly to a conductor 42, which is connected to the conductor 32 through a self-inductor 43. This self-inductor
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Tance 43 is provided to compensate for the capacitance of the annular elements and thereby reduce the total input impedance presented to the conductors 31 and 32 of the branch cable.
It is also desirable to connect all the electrodes of the different elements in parallel, as shown, in order to reduce the electrical impedance, since the impedance of each of the annular elements is relatively high.
The self-inductance 43, as is best shown in figs 1 and 2, is placed in a cavity 45 provided between the front and rear walls 14 and 220
It is necessary for the operation of the embodiment which has just been described that the space included inside the annular elements 10 and between the front wall 14 and the reflecting wall 20 is filled with a suitable medium propagating sound, such as as castor oil which has an acoustic impedance matching that of the front wall 14 to that of the water with which the latter is in contact in use.
In the construction shown, this liquid completely fills the interior of the converter, a filling orifice 46 being provided in the rear wall 22 for this purpose. This filling orifice is closed by a screw cap.
Although it is preferable to fill the entire interior space of the converter with a suitable oil, it is not essential for the operation of this converter that the oil be found everywhere but only inside the annular elements 10. between the reflective wall 20 and the front wall 14. Thus, if desired, the housing containing the annular elements 10 can be filled with 1-oil before the placement of the reflective wall 20, this wall then being sealed to the shoulder 15 with a suitable cement.
By limiting the introduction of the oil to the place where it is really useful, this has the advantage of providing more effective sound insulation between the reflecting wall 20 and the rear wall 22. This is due to the fact that the sound-insulating substance forming the wall 23, such as "corprene" or cellular rubber, remains effective for a longer time when it is in the air instead of being immersed in oil or another liquid. When the oil has to be limited to the space containing the elements 10, the grooves 40, at the point where they pass through the shoulder 15 to go to the cavity 45, are filled with a sealing compound.
The embodiment which has just been described has important advantages from the point of view of manufacture, owing to the fact that all the annular elements 10 and all the electrical elements are contained in the front wall 14.
In addition, it has been observed that the arrangement of lines 35, 36, 37 and 38 in the front wall 14 and that the fact of having provided protuberances 17 in no way alters the behavior of the front wall as a wall. sound transmission.
Although for the purpose of explaining the invention a particular embodiment thereof has been shown and described, it should be understood that various changes or modifications obvious to any person skilled in the art can be made without departing for this. that of the spirit of the invention nor to go beyond its domain.