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DESCRIPTION
Transducteurs électro-acoustiques comportant une coque émettrice flexible et étanche. -La présente invention a pour objet de nouveaux transducteurs électro-acoustiques comportant une coque émettrice flexible et étanche.
Le secteur technique de l'invention est celui de l'acoustique sous-marine. ;
On connalt des transducteurs électro-acoustiques, qui sont `
utilisés pour émettre dans l'eau des ondes acoustiques en basse fréquence, de l'ordre de 1 KHz, et qui comportent un moteur, constitué généralement d'un empilement de céramiques piézo-électriques, qui est placé à l'intérieur d'une enveloppe ou coque étanche, qui constitue la surface émettrice en contact avec l'eau.
Ces transducteurs sont connus sous le nom de transducteurs flextensionnels. On peut les classer dans quatre classes selon la forme générale de la coque.
La classe I correspond à des coques de révolution autour d'un axe ayant une forme ellipsoidale et comportant un seul moteur constitué par un empilement disposé suivant le grand axe de~` ` `
l'ellipsoide et couplé mécaniquement et acoustiquement avec les extrémités du grand axe de la coque. Les déformations en tension et compression suivant le ~rand axe entra ment des déformations en flexion de la coque dont l'amplitude est maxima dans le plan médian perpendiculaire au grand axe. ~
La classe II correspond à des transducteurs dont la coque ~ ;
a une forme de disque ou de tore de révolution autour d'un axe perpendiculaire au plan du disque ou du tore. Ces transducteurs comportent des moteurs piézo-électriques disposés radialement autour de l'axe et couplés à leursextrémitésavec la coque qui présente alors des déformations en flexion maxima dans la direction de l'axe.
La classe III correspond à des transducteurs dont la coque présente deux renflements à ses deux extrémités et a une forme générale d'os ou de diabolo.
La classe IV correspond à des transducteurs dont la coque a une forme de cheminée cylindrique délimitée par des génératrices rectili~nes s'aDDuYant sur une section droite elliptique ou en forme ' '~ '`
-` 203~738 .. ~
de courbe fermée pouvant présenter un étranglement dans la partie centrale. Dans ce cas, le transducteur comporte généralement plusieurs moteurs parallèles entre eux, qui sont disposés dans des plans perpendiculaires aux génératrices de la coque et qui sont -couplés avec la coque à leurs deux extrémités.
La présente invention concerne plus particulièrement, mais non exclusivement des transducteurs flextensionnels de la classe IV.
Les transducteurs flextensionnels présentent des avantages bien connus.
Ils permettent d'émettre des ondes acoustiques en basse ;~
fréquence car leur fréquence d'émission est la fréquence de résonance des déformations en flexion de la coque et les fréquences de flexion sont des fréquences basses, de l'ordre ou inférieures à 1 KHz.
Ce sont des transducteurs compacts de forte puissance. Ils amplifient fortement l'amplitude des oscillations de ltempilement piézo-électrique, du fait que les mouvéments de dilatation compression suivant l'axe de l'empilement sont transformés en oscillations de flexion de la coque dont la flèche maxima est nettement supérieure aux déplacements des extrémités de la coque qui sont couplées mécaniquement avec les extrémités du ou des moteurs piézo-électriques.
Toutefois les transducteurs flextensionnels connus à ce jour ont un coefficient de couplage entre la coque et le moteur `
piézo-électrique qui est relativement faible, de l'ordre de 25 %
au maximum et ils ont une bande passante relativement faible, avec une fréquence médiane qui est la fréquence propre des déformations en flexion de la coque excitée par les moteurs.
L'objectif de la présente invention est de procurer de nouveaux transducteurs flextensionnels qui présentent un coefficient de couplage entre la coque et les moteurs piézo-électriques nettement amélioré et une bande passante élargie.
Les transducteurs électro-acoustiques selon l'invention sont des transducteurs flextensionnels, c'est-à-dire des transducteurs qui comportent un ou plusieurs moteurs électro-acoustiques,généralement des empilements de céramiques piézo-électriques, qui sont placés à l'intérieur d'une coque étanche et flexible et qui sont couplés acoustiquement par leurs deux extrémités avec ladite coque, ~ ~
" :': " ' ~.~,:
laquelle est en contact avec un liquide et fait fonction de surface émissive.
L'objectif de l'invention est atteint au moyen d'un transducteur dans lequel chacun des moteurs électro-acoustiques comporte, à ses deux extrémités, une masselotte qui est couplée mécaniquement avec ladite coque et avec ledit moteur et qui est déterminée, de telle sorte que la fréquence foncamentale des oscillations axiales de l'ensemble constitué par ledit moteur et les deux masselottes est voisine de la fréquence propre des oscillations en flexion de la coque.
Selon un mode de réalisation préférentiel, les deux masselottes sont déterminées pour que la fréquence fondamentale des oscillations axiales de l'ensemble constitué par le moteur et les deux masselottes soit très légèrement supérieure à la fréquence propre des oscillations en flexion de la coque, ce qui a pour conséquence d'élargir par effet de couplage des deux modes la bande passante du transducteur aussi bien vers les basses fréquences que vers les hautes fréquences.
L'invention a pour résultat de nouveaux transducteurs électro~
acoustiques de type flextensionnel destinés à émettre dans l'eau dans les basses fréquences, de l'ordre de 1 KHz ou inférieures.
Les transducteurs selon l'invention présentent les avantages des transducteurs flextensionnels connus. De plus, ils permettent ~-d'obtenir une bande passante élargie, notamment vers les basses fré-quences et ils peuvent donc émettre avec un bon rendement en balayant toute une plage de basses fréquences pouvant aller par exemple de 0,5 KHz à 1 KHz. La largeur de la bande passante d'un transducteur selon l'invention équipé de masselottes est environ une fois et demi plus large que celle du même transducteur sans masselotte. ;
De plus, le coefficient de couplage électro-acosutique d'un transducteur selon l'invention est de l'ordre de 40% alors qu'il est de l'ordre de 25 % pour les transducteurs flextensionnels sans masselottes.
Etant donné que la puissance acoustique émise par un transducteur est proportionnelle au carré du coefficient de couplage acoustique, on obtient donc une augmentation importante de -~ H
la puissance acoustique qui est multipliée par trois ou quatre pour un même encombrement et pour un même champ électrique d'excitation ::: :~:
2 O~R 7~,~
des céramiques.
I.a description suivante se réfère à la figure unique qui `
représente unexemplederéalisationd'un transducteurselon l'invention.
La figure unique représente une demi-coupe d'un transducteur fle~tensionnel. Cette demi-coupe représente par exemple une demi-coupe axiale d'un transducteur flextensionnel de la classe I, qui est de révolution autour d'un axe x x' et symétrique par rapport à un plan médian PP' perpendiculaire à l'axe.
Cette demi-coupe peut également être une coupe transversale d'un transducteur flextensionnel de la classe IV, qui comporte une coque en forme de cheminée cylindrique, dont les génératrices sont perpendiculaires au plan de la figure et qui est symétrique par rapport à deux plans perpendiculaires, le plan médian PP' et un plan longit~dinal x x' tous deux parallèles aux génératrices de la coque et qui comporte plusieurs moteurs piézo-électriques parallèles entre eux dont les axes sont situés dans le plan de symétrie x x'.
Les transducteurs selon l'invention sont des transducteurs dits flextensionnels qui comportent un ou plusieurs moteurs électro-acoustiques 1, qui sont généralement des empilements de céramiques piézo-électriques la, lb....ln, mais qui peuvent être remplacés par des moteurs magnétostrictifs.
Le ou les moteurs sont enfermés dans une coque étanche et flexible 2 qui est en contact avec l'eau de mer et qui délimite une cavité 3 remplie de gaz, dans laquelle se trouvent les moteurs piézo-électriques.
La coque 2 a une forme ovoide si elle est de révolution ou une section droite ovale si elle est en forme de cheminée cyllndrique, de sorte qu'elle comporte deux bouts ou deux extrémités2a ayant une courbure très prononcée, c'est-à-dire un rayon de courbure très faible et elle comporte, dans sa partie médiane, c'est-à-dire ~- `
dans le plan médian PP', des plages ayant une courbure peu prononcée.
Les deux extrémités 2a sont couplées mécaniquement avec les extrémités du ou des moteurs électro-acoustiques. -Lorsqu'elles sont excitées électriquement, les céramiques la, lb....ln se déforment à la fois axialement, c'est-à-dire suivant des oscillations de dilation-compression parallèles à l'axe x x' et également radialement. Les mouvements axiaux sont très 20~s7a~
largement prépondérants.
Les déformations axiales des moteurs électro-acoustiques sont transmises mécaniquement aux extrémités 2a de la coque et ~ `
ces mouvements entralnent des déformations en flexion de la coque et notamment des déformations parallèles au plan médian PP'.
L'amplitude de ces déformations est maxima dans le plan PP' et nettement supérieure à l'amplitude des oscillations axiales des moteurs électro-acoustiques.
Les transducteurs flextensionnels sont connus et il est 10 inutile de les décrire plus en détail. On retiendra suelement qu'ils ~ - -convertissent les mouvements de dilatation-compression (mouvement extensionnel) d'un moteur électro-acoustique en un mouvement de flexion d'une coque d'où leur ncm de flextensionnel.
Les transducteurs flextensionnels permettent d'émettre dans l'eau des ondes acoustiques en basse fréquence, de l'ordre de 1 KHz, sans avoir à utiliser des émetteurs ayant des dimensions et : ::
un poids élevé, ce qui est un gros avartage.
La fréquence d'émission des transducteurs flextensionnels est la fréquence propre des oscillations en flexion de la coque qui fait fonction de surface émettrice, ce qui permet d'émettre à basse fréquence car les fréquences propres de flexion d'une coque placée dans l'eau sont de l'ordre de 0,5 à 2 KHz et donc nettement inférieures à la fréquence fondamentale des oscillations axiales d'un empilement de céramiques piézo-électriques qui est de l'ordre de 8 KHz.
Toutefois les transducteurs flextensionnels connus à ce jour ont une bande passante relativement étroite, qui est centrée sur la fréquence propre des oscillations en flexion de la coque.
Les moteurs piézo-électriques équipant ces transducteurs doivent être excités à une fréquence qui est inférieure de plusieurs octaves à leur fréquence fondamentale, c'est-à-dire la fréquence propre de leurs oscillations axiales.
La conversion d'énergie électrique en énergie acoustique réalisée par les moteurs électro-acoustiques, n'est donc pas optima.De plus, le couplage électromécanique et donc électro-acoustique entre les extrémités d'un empilement de céramiques et les extrémités de la coque est difficile à réaliser et l'expérience montre que le coefficient de couplage électro-acoustique des transducteurs flextensionnels connus à - ce jour, est généralement de l'ordre de 25~, ce qui réduit :: :: .: ~ ::
:~'.: ,~i '' ::: ~ ..
,. : .: i:
considérablement la puissance acoustique utile de ces transducteurs.
L'objectif de l'invention est de construire des transducteurs flextensionnels ayant une bande passante élargie, notamment vers les basses fréquence et ayant un meilleur coefficient de couplage électro-acoustique que les transducteurs de ce type connus à ce jour.
Cet objectif a pu être atteint au moyen de transducteurs qui comportent deux masselottes ou contre-masses 4 qui sont placés aux deux extrémités du moteur et qui sont couplées mécaniquement et acoustiquement avec celui-ci et avec les extrémités 2a de la coque 2.
L'ensemble constitué par le moteur électro-acoustique et par -`
les deux contre-masses forme un ensemble mécanique, ressort et masses, à constantes localisées et l'on peut calculer la valeur de ces constan-tes pour que cet ensemble ait une fréquence fondamentale déterminée, voisine de la fréquence propre des oscillations de flexion de la coque, ce qui permet d'obtenir une bande passante élargie, comportant deux sommets voisins.
Technologiquement, il est plus aisé de choisir les dimensions du moteur et des deux contre-masses pour que la fréquence fondamentale des oscillations axiales de cet ensemble mécanique soit légèrement supé-rieure à la fréquence propre des oscillations en flexion de la coque. Ce-ci a pour conséquence, par effet de couplage des deux modes, d'élargir la bande passante aussi bien vers les basses fréquences que vers les hautes fréquences. Par exemple, on réalise un transducteur dont la co-que a une fréquence en flexion de 0,8 KHz et dont l'ensemble formé par le moteur et par les deux masselottes a une fréquence fondamentale de - ~-1 KHz. On obtient ainsi un transducteur ayant deux fréquences de réso- ~-nance voisines et une bande passante élargie comprise entre 0,6 KHz 30 et 1,2 KHz. -Pour que l'ensemble constitué par l'empilement de céramiques piézo-électriques 1 et par les deux contre-masses 4 soit assimilable à
un ensemble mécanique ressort-masse à constantes localisées,il faut que la masse de l'empilement soit petite devant celle des contre-masses et que l'élasticité de l'empilement selon X X' soit grande devant celle des contre-masses.
Si l'on diminue le diamètre des céramiques, on accentue ~ ~ ~
le risque de flambage de l'empilement qui est indésirable parce ~ ;;;
7 2 0 3 8 7 .? ~' ~
qu'il consomme inutilement de l'énergie et qu'il entralne une fatigue mécanique des céramiques. On résout le problème en augmentant le dia- ~ ~
mètre intérieur et le diamètre extérieur des plaquettes de céramique -la, lb...ln, ce qui a pour effet de les rendre moins sujettes à la 5 flexion tout en réduisant la masse des céramiques. Par exemple, l'em- ~ -pilement 1 a une hauteur de 20 cm et il comporte 20 plaquettes de céra- ;~
miques la, lb...ln, en forme de rondelles ayant un diamètre extérieur de 50 mm et les contre-masses sont en acier et ont une masse de 3Kg.
La coque 2 est en alliage d'aluminium par exemple en AU4G.
La figure unique représente un mode de réalisation du coupla-ge mécanique entre l'empilement 1, les contre-masses et la coque.
Chaque contre-masse 4 a une section trapézoldale dont la grande base est placée du côté de l'empilement 1 et comporte un logement en creux 5, dans lequel pénètre une extrémité de l'empilement de céramiques.
Les deux contre-masses comportent un alésage axial dans lequel passe une tige d'acier 6 qui les relie en passant dans ;
l'espace 7 situé au centre des céramiques. La tige 6 se prolonge au delà des deux contre-masses à travers deux alésages percés axialement à travers les extrémités 2a de la coque 2. La coque 2 peut être formée de deux demi-coques symétriques par rapport au plan de symétrie x x'.
Les deux extrémités de la tige 6 sont filetées et deux ~`
écrous 8 sont vissés sur ces extrémités filetées et prennent appui sur le fond d'un logement 9 en creux dans les extrémités 2a de la coque.
Le vissage des écrous met la tige 6 en tension et applique fortement les extrémités de la coque contre les contre-masses et celles-ci contre les extrémités de l'empilement d'où un bon couplage mécanique et acoustique entre ces éléments.
Selon une variante représentée en pointillés, la face externe de chaque masselotte peut comporter un logement en creux 10 dans lequel est logé un deuxième écrou 11, qui est vissé sur la tige filetée 6.
Dans ce cas, on assemble d'abord l'empilement de céramiques et les deux masselottes au moyen de deux écrous 11 fixés sur la tige 6, ce qui permet de réaliser un couplage mécanique des masselottec et de l'emPilement de céramiques puis on place cet ` :~
~3 2~38738 ensemble préfabriqué dans la coque 2 et on visse les deux écrous 8 pour obtenir le couplage mécanique entre la coque et l'ensemble préfabriqué. Le coefficient de couplage obtenu est de l'ordre de 40 à 45%.
On connalt les transducteurs électro-acoustiques de type tonpilz, qui comportent un empilement de céramiques placé entre un pavillon et une contre-masse qui fait fonction de point fixe.
Dans la présente application, les masselottes 4, intercalées entre les deux extrémités de l'empilement et les deux extrémités de la coque remplissent une fonction totalement différente qui est celle d'abaisser la fréquence fondamentale du moteur pour l'amener au voisinage de la fréqeunce propre des oscillations en flexion de la coque afin d'élargir la bande passante d'un transducteur flextensionnel.
La figure unique représente un transducteur qui comporte, en outre, de facon connue,une peau d'étanchéité 12 qui enveloppe :-entièrement le transducteur et qui est composée d'un film ~
élastomère. :- :
Les masselottes 4 sont en un métal ayant un coefficient: . ~
20 d'élasticité E élevé tel que l'acier, le laiton, le tungstène :-:
afin de ne pas introduire des déformations élastiques parasites des ~ ~
masselottes et d'avoir un bon couplage mécanique. -~ .
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DESCRIPTION
Electro-acoustic transducers with a shell flexible and waterproof transmitter. -The subject of the present invention is new electro-acoustic transducers comprising an emitting shell flexible and waterproof.
The technical sector of the invention is that of acoustics underwater. ;
We know electro-acoustic transducers, which are `
used to emit bass acoustic waves into water frequency, of the order of 1 KHz, and which include a motor, generally consisting of a stack of piezo ceramics electric, which is placed inside an envelope or shell waterproof, which constitutes the emitting surface in contact with water.
These transducers are known as transducers flexible. They can be classified into four classes according to the form general hull.
Class I corresponds to hulls of revolution around an axis having an ellipsoidal shape and comprising a single motor consisting of a stack arranged along the major axis of ~ `` `
ellipsoid and mechanically and acoustically coupled with ends of the major axis of the hull. Tension deformations and compression along the ~ rand axis ent ent deformations in flexion of the shell, the amplitude of which is maximum in the median plane perpendicular to the major axis. ~
Class II corresponds to transducers including the shell ~;
has a shape of a disc or torus of revolution around an axis perpendicular to the plane of the disc or torus. These transducers have piezoelectric motors arranged radially around of the axis and coupled to their ends with the shell which has then maximum flexural deformations in the direction of the axis.
Class III corresponds to transducers whose shell has two bulges at both ends and has a shape general bone or diabolo.
Class IV corresponds to transducers whose hull has a cylindrical chimney shape delimited by generators rectili ~ nes aDDuYant on an elliptical or shaped cross section '' ~ '' -` 203 ~ 738 .. ~
of closed curve which may have a constriction in the part central. In this case, the transducer generally comprises several motors parallel to each other, which are arranged in planes perpendicular to the generators of the hull and which are -coupled with the shell at their two ends.
The present invention relates more particularly, but not exclusively flextensional class IV transducers.
Flextensional transducers have advantages well known.
They make it possible to emit acoustic waves in bass; ~
frequency because their emission frequency is the frequency of resonance of the flexural deformations of the shell and the frequencies of bending are low frequencies, on the order or lower at 1 KHz.
These are compact, high-power transducers. They strongly amplify the amplitude of the stack oscillations piezoelectric, because the dilation movements compression along the stacking axis are transformed into hull bending oscillations whose maximum deflection is significantly greater than the displacement of the ends of the hull which are mechanically coupled with the ends of the motor (s) piezoelectric.
However, the flextensional transducers known at this time day have a coupling coefficient between the hull and the engine `
piezoelectric which is relatively low, around 25%
at maximum and they have a relatively low bandwidth, with a median frequency which is the natural frequency of the deformations in bending of the hull excited by the motors.
The objective of the present invention is to provide new flextensional transducers with a coefficient coupling between the hull and the piezoelectric motors significantly improved and increased bandwidth.
The electro-acoustic transducers according to the invention are flextensional transducers, i.e. transducers which include one or more electro-acoustic motors, generally stacks of piezoelectric ceramics, which are placed inside a waterproof and flexible shell which are coupled acoustically by their two ends with said shell, ~ ~
": ':"' ~. ~ ,:
which is in contact with a liquid and acts as emissive surface.
The object of the invention is achieved by means of a transducer in which each of the electro-acoustic motors has a counterweight at its two ends which is coupled mechanically with said hull and with said engine and which is determined, so that the basic frequency of axial oscillations of the assembly formed by said motor and the two weights is close to the natural frequency of flexural oscillations of the shell.
According to a preferred embodiment, the two weights are determined so that the fundamental frequency of axial oscillations of the assembly constituted by the motor and the two weights very slightly higher than the natural frequency of flexural oscillations of the shell, which results in expand the bandwidth of the two modes by coupling the two modes transducer both to low frequencies and to high frequencies.
The invention results in new electro transducers ~
flextensional type acoustics intended to emit into water in low frequencies, on the order of 1 KHz or lower.
The transducers according to the invention have the advantages known flextensional transducers. In addition, they allow ~ -obtain an extended bandwidth, in particular towards low frequencies quences and so they can emit with good yield by sweeping a whole range of low frequencies which can range for example from 0.5 KHz to 1 KHz. The width of the bandwidth of a transducer according to the invention fitted with weights is about one and a half times more as wide as that of the same transducer without counterweight. ;
In addition, the electroacosutic coupling coefficient of a transducer according to the invention is of the order of 40% while it is around 25% for flextensional transducers without weights.
Since the acoustic power emitted by a transducer is proportional to the square of the coefficient of acoustic coupling, so we get a significant increase of - ~ H
the sound power which is multiplied by three or four for the same size and for the same electric excitation field :::: ~:
2 O ~ R 7 ~, ~
ceramics.
The following description refers to the single figure which `
represents an exemplary embodiment of a transducer according to the invention.
The single figure shows a half-section of a transducer fle ~ tensionional. This half-section represents for example an axial half-section of a flextensional transducer of the class I, which is of revolution around an axis xx 'and symmetrical by with respect to a median plane PP 'perpendicular to the axis.
This half cut can also be a cut transverse of a class IV flextensional transducer, which has a shell in the form of a cylindrical chimney, the generators are perpendicular to the plane of the figure and which is symmetrical with respect to two perpendicular planes, the plane median PP 'and a plane longit ~ dinal xx' both parallel to hull generators and which has several motors piezoelectric parallel to each other whose axes are located in the plane of symmetry x x '.
The transducers according to the invention are transducers so-called flextensional which include one or more motors electro-acoustic 1, which are generally stacks of piezoelectric ceramics la, lb .... ln, but which can be replaced by magnetostrictive motors.
The engine (s) are enclosed in a waterproof shell and flexible 2 which is in contact with sea water and which delimits a cavity 3 filled with gas, in which the motors are located piezoelectric.
The shell 2 has an ovoid shape if it is of revolution or an oval cross section if it is chimney shaped cyllndrique, so that it has two ends or two ends2a having a very pronounced curvature, i.e. a radius of curvature very weak and it has, in its middle part, that is to say ~ - `
in the median plane PP ', areas having a slightly pronounced curvature.
The two ends 2a are mechanically coupled with the ends of the electro-acoustic motor (s). -When excited electrically, ceramics la, lb .... ln deform both axially, i.e.
following expansion-compression oscillations parallel to the axis xx 'and also radially. Axial movements are very 20 ~ s7a ~
largely preponderant.
Axial deformations of electro-acoustic motors are transmitted mechanically to the ends 2a of the shell and ~ `
these movements cause flexural deformations of the shell and in particular deformations parallel to the median plane PP '.
The amplitude of these deformations is maximum in the plane PP 'and significantly greater than the amplitude of the axial oscillations of electro-acoustic motors.
Flextensional transducers are known and it is No need to describe them in more detail. We will only remember that they ~ - -convert the expansion-compression movements (movement of an electro-acoustic motor in a movement of flexion of a shell hence their ncm of flextensional.
The flextensional transducers allow to emit low frequency acoustic waves in water, of the order of 1 KHz, without having to use transmitters with dimensions and : ::
a heavy weight, which is a big farthing.
The transmission frequency of flextensional transducers is the natural frequency of the flexural oscillations of the shell which acts as an emitting surface, which allows emitting at low frequency because the natural bending frequencies of a shell placed in water are around 0.5 to 2 KHz and therefore significantly lower at the fundamental frequency of the axial oscillations of a stack of piezoelectric ceramics which is of the order of 8 KHz.
However the flextensional transducers known to date have a relatively narrow bandwidth, which is centered on the natural frequency of the bending oscillations of the shell.
The piezoelectric motors fitted to these transducers must be excited at a frequency that is several times lower octaves at their fundamental frequency, i.e. the frequency clean of their axial oscillations.
The conversion of electrical energy into acoustic energy performed by electro-acoustic motors, is therefore not optimal.
more, the electromechanical and therefore electro-acoustic coupling between the ends of a ceramic stack and the ends of the shell is difficult to achieve and experience shows that the coefficient of electro-acoustic coupling of known flextensional transducers - to date, is generally of the order of 25 ~, which reduces :: ::.: ~ ::
: ~ '.:, ~ i'' ::: ~ ..
,. :.: i:
considerably the useful acoustic power of these transducers.
The objective of the invention is to build flextensional transducers having an extended bandwidth, especially towards low frequencies and having a better coefficient electro-acoustic coupling than transducers of this type known to date.
This objective could be achieved by means of transducers which have two weights or counterweights 4 which are placed at both ends of the motor and which are coupled mechanically and acoustically with it and with the ends 2a of the shell 2.
The assembly constituted by the electro-acoustic motor and by -`
the two counter-masses form a mechanical assembly, spring and masses, with localized constants and we can calculate the value of these constants so that this set has a determined fundamental frequency, close to the natural frequency of the bending oscillations of the shell, which makes it possible to obtain an enlarged bandwidth, comprising two neighboring peaks.
Technologically, it is easier to choose the dimensions of the motor and of the two counter-masses so that the fundamental frequency axial oscillations of this mechanical assembly is slightly higher than lower than the natural frequency of the flexural oscillations of the shell. This-as a consequence, by coupling effect of the two modes, to widen bandwidth both to low frequencies and to high frequencies. For example, a transducer is produced whose co-that has a bending frequency of 0.8 KHz and whose set formed by the motor and by the two flyweights has a fundamental frequency of - ~ -1 KHz. One thus obtains a transducer having two frequencies of reso- ~ -neighboring nance and an extended bandwidth of between 0.6 kHz 30 and 1.2 KHz. -So that the whole constituted by the stacking of ceramics piezoelectric 1 and by the two counter-masses 4 is comparable to a mechanical spring-mass assembly with localized constants, it is necessary that the mass of the stack is small compared to that of the counter-masses and that the elasticity of the stack along XX 'is great compared to that counter-masses.
If we decrease the diameter of ceramics, we accentuate ~ ~ ~
the risk of buckling of the stack which is undesirable because ~ ;;;
7 2 0 3 8 7.? ~ '~
that it consumes energy unnecessarily and that it causes fatigue mechanics of ceramics. We solve the problem by increasing the dia- ~ ~
inside meter and outside diameter of ceramic plates -la, lb ... ln, which has the effect of making them less prone to 5 bending while reducing the mass of ceramics. For example, the em- ~ -pilage 1 has a height of 20 cm and it has 20 ceramic plates; ~
mics la, lb ... ln, in the form of washers having an outside diameter of 50 mm and the counterweights are made of steel and have a mass of 3Kg.
Shell 2 is made of aluminum alloy, for example AU4G.
The single figure represents an embodiment of the coupling mechanical age between the stack 1, the counter-masses and the hull.
Each counterweight 4 has a trapezoidal section of which the large base is placed on the side of stack 1 and has a recessed housing 5, into which one end of stacking ceramics.
The two counterweights have an axial bore in which passes a steel rod 6 which connects them by passing in;
space 7 located in the center of the ceramics. Rod 6 extends beyond the two counter-masses through two drilled bores axially through the ends 2a of the shell 2. The shell 2 can be formed of two half-shells symmetrical with respect to the plane of symmetry x x '.
The two ends of the rod 6 are threaded and two ~ `
nuts 8 are screwed onto these threaded ends and take support on the bottom of a recess 9 recessed in the ends 2a of the hull.
The tightening of the nuts puts the rod 6 in tension and applies strongly the ends of the hull against the counter-masses and these against the ends of the stack where a good coupling mechanical and acoustic between these elements.
According to a variant shown in dotted lines, the face external of each counterweight may include a recessed housing 10 in which is housed a second nut 11, which is screwed onto the threaded rod 6.
In this case, we first assemble the ceramic stack and the two weights by means of two nuts 11 fixed on the rod 6, which makes it possible to mechanically couple the masselottec and ceramic stacking then place this `: ~
~ 3 2 ~ 38738 prefabricated assembly in shell 2 and we screw the two nuts 8 to obtain the mechanical coupling between the shell and the assembly prefabricated. The coupling coefficient obtained is of the order from 40 to 45%.
We know the type electro-acoustic transducers tonpilz, which include a stack of ceramics placed between a flag and a counter-mass which acts as a fixed point.
In the present application, the weights 4, interposed between the two ends of the stack and the two ends of the shell perform a completely different function which is that lower the fundamental frequency of the motor to bring it to neighborhood of the proper frequency of the bending oscillations of the shell to widen the bandwidth of a transducer flextensional.
The single figure represents a transducer which comprises, in addition, in known manner, a sealing skin 12 which envelops: -entirely the transducer and which is composed of a film ~
elastomer. : -:
The weights 4 are made of a metal having a coefficient:. ~
20 of high elasticity E such as steel, brass, tungsten: -:
so as not to introduce parasitic elastic deformations of ~ ~
weights and to have a good mechanical coupling. - ~.
~ ~. `` ''"
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