Transducteur ultrasonore à milieu de liaison liquide. Il est déjà connu de réaliser des transduc teurs ultra=sonores qui sont constitués d'une enceinte fermée d'un côté par un élément électroacoustique et de .l'autre côté par suie membrane souple et extensible,
capable de gonfler sous la pression hydrostatique d'un liquide de transmission pour les ultrasons con tenus dans cette enceinte.
Ces transducteurs turgescents connus ont l'avantage de s'appliquer parfaitement sur toute portion de surface d'un cois à exami ner ou à traiter sans qu'il y ait d'intervalle d'air entre les deux surfaces de contact.
Cependant ils possèdent un encombrement total appréciable et avant tout une section de sortie assez grande. On réalise, par exemple, des transducteurs ultrasonores dans lesquels le diamètre du quartz émetteur est de 20 mm, le diamètre exhérieur dû tube cylindrique étant de 40 mm.
Dans ces conditions, on conçoit aisément qu'un transducteur' ultrasonore ayant de telles dimensions est inutilisable lorsqu'il s'agit d'explorer ou de traiter un corps dont la surface ou ime partie de celle-ci est diffi cilement accessible, comme par exemple un corps comportant des encoches rectangulaires ou trapézoïdales dont une des dimensions de la section d'entrée est petite,
inférieure dans le cas envisagé, à 40 mm.
La solution d'utiliser un transducteur d'encombrement réduit qui peut être intro duit dans les encoches de façon à réaliser un contact parfait entre le fond de ces encoches et la paroi souple du transducteur, conduit à l'emploi d'un quartz piézo-électrique de petit diamètre. Il en résulte que, pour des tensions d'excitation et des puissances convenables, l'intensité des rayonnements émis sera très faible.
De plus, la réduction du diamètre de la surface vibrante conduit, toute autre chose égale, à une diminution notable de la direc- tivité.
La solution d'utiliser une pièce creuse en forme de tronc de cône dans laquelle l'axe du tronc de cône est confondu avec ce lui du cristal et dans laquelle la petite base du cône, opposée au quartz, possède un dia mètre suffisamment petit pour être introduit, par exemple, dans une encoche étroite conduit bien à un rayonnement d'intensité convenable pour une tension d'excitation et une puissance admissibles,
mais l'énergie émise diverge forte- ment à la sortie de ce transducteur. Ceci est dû au fait que la partie -de l'onde ultrasonore provenant de l'a périphérie du quartz piézo- électrique est réfléchi sur les parois du cône et sort de celui-ci en faisant avec son axe un angle calculable par les lois de l'optique géo métrique.
La présente invention a pour but d'obtenir un transducteur émetteur d'ondes ultra sonores possédant une faible section de sortie tout en n'ayant pas les inconvénients signalés ci-dessus du transducteur à faible surface émettrice ou du transducteur en forme de cône convergent.
Elle a pour objet un transducteur ultra sonore à milieu de liaison liquide dans lequel une enceinte à symétrie de révolution, se ter minant par deux sections limites perpendicu laires à l'axe de symétrie et de surfaces dif férentes, est fermée du côté de la section li mite de grande surface par un élément vi brant et du côté de la section limite de petite surface par une substance élastique et souple.
Cette enceinte est constituée par deux élé ments évasés, raccordés par leurs parties étroites, la forme et la dimension de cette dite enceinte étant telles que les ondes ultra- sonores émises par les parties périphériques de l'élément vibrant sont réfléchies une fois sur chaque élément évasé, de façon à obtenir, à la sortie du transducteur, un faisceau d'on des ultrasonores peut divergent.
Théoriquement, la meilleure forme de l'en ceinte est obtenue lorsque les deux éléments évasés affectent la forme de paraboloïdes tron qués de même foyer et de longueur et de pa ramètre différents.
Cependant une approximation à cette forme théorique et difficile à usiner peut être poussée très loin et on a constaté que même une approximation par un double tronc de cône, convergent-divergent, pouvait remplir parfaitement les qualités requises d'une bonne concentration du faisceau et d'une directivité prononcée.
Dans ce cas, les deux éléments évasés peu vent donc affecter la forme de troncs de cône d'angle d'ouverture et de longueur axiale dif- férentes.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, quelques formes d'exécution de transducteurs connus et quelques formes d'exécution du transducteur faisant l'objet de l'invention.
Les fig. 1 et la représentent une forme d'exécution schématique d'un transducteur ultrasonore connu et sa courbe de directivité.
Les fig. 2 et 2a représentent un transduc- teur ultra sonore semblable à celui de la fig. 1, mais de section de sortie nettement plus fai ble, et sa courbe de directivité.
Les fig. 3 et. 3a représentent un transduc- teur ultra.-sonore en forme de cône convergent et sa courbe de directivité.
Les fig. 4 et 4a représentent une forme d'exécution préférée du transducteur ultra sonore objet de l'invention, dont le profil inté rieur est en forme de double tronc de cône convergent-divergent, et sa courbe de directi- vité.
La fig. 5 montre un exemple de l'emploi du transducteur ultrasonore de la fig. 4. La fig. 6 montre une foi-me d'exécution de la forme théorique du transducteur objet de l'invention.
Sur les fig. 1 à 4, on a désigné par C le cristal de quartz émetteur d'ondes ultra sonores, par E l'enceinte constituant le corps du transducteur et contenant le liquide de remplissage bon conducteur des ondes ultra sonores, et par P la paroi souple, en caout chouc par exemple, destinée à établir un con tact parfait entre le transducteur et le corps à examiner ou à traiter par les ondes ultra- sonores.
Les courbes de directivité des transduc teurs émetteurs représentés sur les fig. 1 à 4 ont été obtenues en disposant le transducteur émetteur et un récepteur d'ondes ultrasonores dans de l'eau, à une distance convenable l'un de l'autre, le récepteur, préalablement centré exactement dans l'axe de l'émetteur, a été dé placé le long d'une droite perpendiculaire à cet axe et, à chacune de ses positions sur cette droite, le récepteur a été orienté avec préci sion vers l'émetteur;
on a porté ensuite en ordonnée sur les diagrammes des fig. 11, .à 4a, les déviations d'un appareil mesurant l'éner gie transmise au récepteur en fonction de la distance du récepteur à l'axe de -l'émetteur, cette distance étant mesurée dans le plan nor mal à l'axe et portée en abscisse.
Les échelles -utilisées sont les mêmes pour les fig. la à 4a et toutes les mesures ont été effectuées avec une même tension d'excitation dit quartz émetteur.
Enfin, la section du quartz émetteur est la même pour les transducteurs des fig. 1, 3 et 4, tandis que la section de sortie des ondes ultra-sonores hors du transducteur est la même pour les transducteurs des fig. 2, 3 et 4.
La simple considération des figures mon tre clairement l'avantage du transducteur re présenté sur la fig. 4, tant au point de vue directivité qu'au point de vue intensité du rayonnement émis, par rapport aux transduc teurs représentés sur les fig. 2 et 3.
Cet avantage s'explique d'ailleurs facile ment: Dans le cas de la fig. 2, la faible section du cristal. émetteuir conduit naturellement. à une sensibilité moindre de ce cristal et à un éloignement des premier et second maxima latéraux par rapport à l'axe du transducteur,
tandis que la directivité moins bonne du transducteur représenté sur la fig. 3 provient du trajet suivi par la partie de l'onde émise par la périphérie du cristal; on a d'ailleurs représenté, en traits mixtes, le trajet suivi par différentes parties de l'onde émise dans le cas des fig. 3 et 4 et la meilleure directi- vité du transducteur de la fig. 4 y apparaît nettement.
La fig. 5 montre un cas d'application pra tique du transducteur représenté à la fig. 4, cas où le transducteur représenté à la fig. 1 est inutilisable.
T désigne un corps métalli que à ausculter par les ondes ultrasonores muni d'une encoche L, dont la largeur est plus petite que le diamètre du transducteur représenté à la fig. 1, tandis que le transduc teur de la fig. 4 convient très bien pour réali ser un contact parfait entre le fond de l'en coche et la paroi souple dudit transducteur.
La fig. 6 représente une coupe schémati que par un plan contenant l'axe commun d'un transducteur ultrasonore émetteur réalisé, sous la forme de deux paraboloïdes coaxiaux et de même foyer. On a désigné, respective ment par<I>C, E</I> et<I>P,</I> le cristal piézo-électrique émetteur d'ondes ultrasonores, l'enceinte du transducteur destinée à contenir le liquide conducteur de ces ondes et la paroi souple de vant s'appliquer sur la surface des corps à examiner ou à traiter par lesdites ondes; on a de plis indiqué en 31 mi manchon de raccor dement des deux paraboloïdes P1 et P2 cons tituant l'enceinte E.
Cette forme de l'enceinte assure une di rectivité optimum suivant l'axe du transduc- teur, tout en ayant une section de sortie et 'Lui encombrement très faible; en, effet, toutes les ondes ultra-sonores émises normalement au cristal de quartz C sont concentrées au foyer du premier paraboloïde;
ce foyer étant aussi celui du second paraboloïde, les ondes ultra sonores sortiront finalement du transducteur parallèlement à l'axe de ce dernier. Quant à la section de sortie du transducteur, on peut la choisir aussi faible que l'on veut en adoptant des valeurs convenables pour les paramètres. principaux et les longueurs axiales des deux paraboloïdes ou, ce qui revient au mêmes des deux paraboles obtenues par 1a coupe des pa- raboloïdes par un plan passant par leur axe commun.
L'équation d'une parabole rapportée à son axe et à sa tangente au sommet étant <I>Y2 = 2</I> px, où<I>p</I> représente le paramètre prin cipal; on peut, par exemple, obtenir une sec tion de sortie de diamètre égal à la moitié du diamètre utile du quartz émetteur en adop tant des paramètres principaux p1, p2 et des longueurs axiales L1,<I>L2</I> satisfaisant à la re lation
EMI0003.0074
l'indice 1 se rapportait à la parabole P1, l'indice 2 à la parabole P2;
on pourra par -exemple :adopter
EMI0003.0075
et
EMI0003.0076
On peut ainsi réduire l'encombrement du transducteur de façon à en permettre l'emploi clans les cas d'application envisagés ci-dessus pour le transducteur en forme de double cône.