CH624523A5 - - Google Patents

Description

L'invention est relative aux transducteurs électromécaniques, c'est-à-dire aux dispositifs pour transformer des variations d'une grandeur mécanique en variations d'une grandeur électrique ou inversement, les premières étant notamment des variations de pression, éventuellement produites par des ondes sonores ou ultrasonores ou traduites en de telles ondes.

Elle concerne, parmi ces transducteurs, ceux qui sont désignés dans le préambule de la revendication 1.

La feuille diélectrique est un électret et par conséquent cette feuille est désignée dans la suite aussi comme électret.

Pour rendre possibles les déformations ou déplacements de la face chargée de l'électret par rapport à l'électrode en regard — déplacements qui sont transformés en signaux électriques ou inversement —, les transducteurs connus du genre en question comprennent un intervalle d'air entre cette face et cette électrode.

Cet intervalle d'air peut être réduit aux espaces de très petit volume créés entre l'électret et l'électrode considérée (ou entre l'électret et une couche solide intermédiaire interposée entre celui-ci et l'électrode) du fait des irrégularités naturelles des faces en regard: c'est par exemple le cas dans les brevets USA N°" 3736436 et 3742152.

L'intervalle d'air en question peut également être plus important, des cales d'écartement étant alors interposées entre les faces en regard de l'électret et de l'électrode.

Dans tous les cas, il convient d'éviter que, lors des déformations ou déplacements relatifs signalés de l'électret par rapport à l'électrode considérée, la face chargée du premier ne parvienne au contact de la seconde. Un tel contact peut en effet produire des effets de saturation se traduisant par une non-linéarité de fonctionnement du transducteur.

Il convient également d'éviter que la position moyenne de la face chargée de l'électret par rapport aux deux électrodes ne dépende de la différence de pression entre l'air contenu dans l'intervalle ci-dessus et le milieu ambiant, c'est-à-dire finalement de la pression du milieu ambiant lorsque l'intervalle considéré est isolé de manière étanche vis-à-vis du milieu ambiant, comme c'est nécessairement le cas pour les applications sous-marines: de cette position moyenne dépend en effet la sensibilité du transducteur.

On peut ajouter que les déformations de relativement grande amplitude de l'électret fatiguent ce dernier — dont l'épaisseur est généralement très faible et de l'ordre de quelques microns ou de quelques dizaines de microns seulement —, et se traduisent donc par son usure rapide.

Pour remédier à ces divers inconvénients, il a déjà été proposé de réaliser les cales d'écartement interposées entre la face chargée de l'électret et l'électrode en regard sous la forme de réseaux de barreaux (grilles ou feuilles perforées) ou de plots, réseaux suffisamment denses pour réduire l'amplitude maximum des déformations locales élémentaires de l'électret entre deux supports élémentaires (barreaux ou plots) contigus à une valeur inférieure à la hauteur de ces supports (voir article de Sessler et West paru aux pages 129-131 du volume 12 (2), 1964, du «Journal of the Audio Engineering Society», New York; brevet USA N° 3612778; brevet France N° 2271733).

Mais ces cales assurant un support réparti de l'électret sont difficiles à réaliser et leur montage est délicat. De plus, elles ne suppriment que partiellement les inconvénients signalés de sensibilité à la pression extérieure et de fatigue due aux déformations.

L'invention a pour but, surtout, de proposer des transducteurs électromécaniques du genre ci-dessus dans lesquels les inconvénients ci-dessus sont supprimés.

Dans le brevet USA N° 3736436 mentionné ci-dessus, il a certes été proposé d'interposer entre la face chargée de l'électret et l'électrode en regard une couche intermédiaire solide élastique, mais rien n'a été indiqué dans ce document en ce qui concerne la nature du matériau élastique ni le mode d'application de ladite couche contre l'électret: or les matériaux élastiques ont en général une résistivité électrique relativement faible, savoir inférieure à 1014 ohms/cm (et même inférieure à 1011 ohms/cm pour certains néoprènes), de sorte que l'usage exclusif d'une couche constituée

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en un tel matériau conduirait à l'établissement de transducteurs de durée de vie tout à fait insuffisante; l'ensemble des précisions données dans le brevet en question impliquent d'ailleurs nécessairement la subsistance de petits intervalles d'air entre l'électret et la couche intermédiaire.

L'invention perfectionne les transducteurs du genre en question dans lesquels une couche intermédiaire solide en un matériau présentant une déformabilité différente de celle de l'électret est interposée entre la face chargée de ce dernier et la face d'électrode en regard et elle est caractérisée en ce que d'une part, le matériau constitutif de cette couche intermédiaire présente une résistivité électrique supérieure à 1015 ohms/cm, et en ce que, d'autre part, cette couche présente une face lisse et continue en contact intime avec la totalité de la plage utile de la face chargée de l'électret.

La résistivité électrique supérieure à 1015 ohms/cm peut atteindre et même dépasser 1017 ohms/cm pour certains silicones.

Dans des modes de réalisation préférés on a recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes ;

— la couche intermédiaire est constituée en un élastomère, notamment à base de silicone, celui-ci étant, de préférence un siloxane tel que le méthylvinylsilicone ou le méthylvinylphé-nylsilicone,

— l'élastomère se présente sous la forme d'une mousse à peau intégrale,

— la couche intermédiaire est à base d'oxyde d'aluminium,

— la couche intermédiaire et l'électret étant tous deux délimités par des faces planes parallèles, ladite couche intermédiaire est montée de façon à être exposée à des variations de pression engendrées par le simple toucher d'un doigt, cette disposition étant utilisée pour réaliser un clavier à touches multiples, l'utilisation selon l'invention étant définie dans la revendication 11,

— la couche intermédiaire est constituée en un matériau présentant un coefficient de dilatation thermique nettement différent de celui de l'électret,

— l'électret et la couche intermédiaire sont constitués en des matériaux présentant des coefficients d'absorption nettement différents de certains rayonnements, entraînant des différences d'échauffement et donc de déformation de ces matériaux, l'ensemble des électrodes, de l'électret et de la couche intermédiaire étant agencé de façon telle que la couche et l'électret puissent être atteints par de tels rayonnements émis depuis l'extérieur des électrodes.

Le transducteur peut être associé à un circuit adapté au traitement de signaux électriques de faible amplitude, tel qu'un circuit de type MOS, comprenant avantageusement une résistance d'entrée, un inverseur et une résistance montée en contre-réaction.

Dans ce qui suit, l'on va décrire quelques modes de réalisation préférés de l'invention en se référant au dessin ci-annexé d'une manière bien entendu non limitative.

La fig. 1, de ce dessin, montre schématiquement un transducteur électromécanique connu.

Les fig. 2 et 3 montrent schématiquement un transducteur électromécanique établi selon l'invention, respectivement pour un état normal et pour un état contracté de sa couche intermédiaire.

La fig. 4 montre schématiquement un autre transducteur composite établi selon l'invention.

La fig. 5 montre, parties éclatées, un clavier de commande faisant usage d'une pluralité de transducteurs selon l'invention, et la fig. 6 est le schéma d'un circuit d'exploitation associé à l'un des transducteurs ci-dessus.

D'une façon générale, les transducteurs auxquels l'invention se rapporte comprennent, interposés entre deux éléments conducteurs de l'électricité 1 et 2 constituant des électrodes et reliés à un circuit d'exploitation extérieur 3, un électret 4, c'est-à-dire une feuille diélectrique portant en permanence le long de l'une au moins F de ses deux faces, ou à proximité de celle-ci, des charges électriques ; ces charges ont été supposées positives dans les modes de réalisation illustrés et ont donc été schématisées sur les dessins par le signe +, mais elles pourraient également être négatives, ou encore constituées par des dipôles orientés parallèlement les uns aux autres.

Dans les transducteurs connus du type considéré, les déplacements ou déformations de la face chargée F de l'électret par rapport à l'électrode 2 en regard se traduisent par des variations de tension aux bornes des électrodes et inversement, ce qui permet notamment de transformer en signaux électriques alternatifs des ondes sonores ou ultrasonores ou inversement, ou encore de transformer en signaux électriques de commande des chocs ou pressions mécaniques.

De tels déplacements relatifs ou déformations de la face F par rapport à la face d'électrode 2 en regard sont généralement rendus possibles par la présence entre elles d'un intervalle libre 5 relativement peu épais d'air, intervalle créé en interposant des cales entre les deux dites faces.

Dans le but d'éviter, pour les raisons exposées ci-dessus, que les déplacements ou déformations considérés de la face F n'aient une grande amplitude, il a déjà été proposé d'utiliser comme cales des réseaux relativement denses de barreaux (grilles) ou plots rigides qui répartissent les zones de support de la face F tout au long de celle-ci : de telles cales multiples, qui ont été schématisées par les plots 6 sur la fig. 1, sont relativement coûteuses à fabriquer et difficiles à mettre en place; de plus, si elles réduisent les inconvénients signalés ci-dessus, elles ne les suppriment pas.

En particulier, l'épaisseur de l'ensemble composé par l'électret 4 et l'électrode 1 appliquée contre lui, électrode constituée notamment par métallisation, est souvent très faible, étant généralement inférieure à 100 microns, de sorte que, même si les ouvertures des mailles des réseaux de support considérés sont de l'ordre du millimètre seulement, on peut encore observer des déformations locales relativement accentuées dudit ensemble,

ainsi que visible sur la fig. 1, lorsqu'une pression P est appliquée sur lui.

On peut noter en outre que la portion de la face F en contact avec les éléments de cale 6 est immobilisée et ne participe donc pas au fonctionnement du transducteur.

Pour remédier à ces inconvénients, conformément à l'invention, on interpose entre la face F et l'électrode en regard 2 une couche 7 (fig. 2) présentant:

— une déformabilité différente de celle de l'électret 4 sous l'influence de certains paramètres extérieurs applicables à ladite couche, paramètres dont on désire exploiter les variations à l'aide du transducteur considéré,

— une haute résistivité électrique, de préférence supérieure à 1015 ohms/cm, pouvant avantageusment atteindre et même dépasser 1017 ohms/cm, et

— une face lisse et continue en contact intime avec la totalité de la plage utile de la face F.

Par «plage utile» de la face F, on entend celle qui participe au fonctionnement du transducteur: dans le cas le plus général, cette plage utile correspond à la totalité de la face F, qui est ainsi supportée en tous ses points par la couche intermédiaire, alors que, dans les transducteurs connus à support réparti, c'était au contraire la portion non supportée de la face F qui constituait la «plage utile».

Par «contact intime», on entend une adhésion surface contre surface sans aucune couche ou trace d'air intermédiaire, ce qui est avantageusement réalisé :

— en conférant à la face lisse de la couche intermédiaire un excellent état de surface (notamment sans aspérités épaisses de plus de 10 microns), cette couche étant par exemple fabriquée à cet effet par moulage, et

— en juxtaposant cette couche à l'électret sous vide.

Dans un premier mode de réalisation particulièrement avantageux schématisé sur les fig. 2 et 3, ladite couche 7 est élastique et constituée en un élastomère plus souple ou plus mou que l'électret.

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Comme bien visible sur la fig. 2, cette couche remplit complètement l'espace compris entre la face F et l'électrode 2, qui était occupé, dans les réalisations connues, par l'air et la grille.

Mais du fait de sa déformabilité, ladite couche ne s'oppose aucunement aux déplacements relatifs de la face F par rapport à l'électrode 2.

C'est ainsi que, si l'on applique une pression de serrage S (fig. 3) entre les deux électrodes, l'épaisseur c de cette couche 7 diminue alors que celle e de l'électret demeure constante, ce qui rapproche l'interface F de l'électrode 2 parallèlement à elle-même. L'ensemble revient ensuite élastiquement à son état initial (fig. 2) dès que la pression S est annulée.

On montre que, dans de telles conditions, la sensibilité du transducteur, c'est-à-dire le rapport entre la tension électrique V créée entre les électrodes 1 et 2 et la pression S, est inversement proportionnelle au module de Young E de la couche intermédiaire 7.

On montre également que, si l'on appelle p la permettivité de l'électret et p' celle de la couche 7, la sensibilité du transducteur est maximale lorsque les produits pc et p'e sont égaux et que, si l'électret est pratiquement indéformable, ladite sensibilité est pratiquement indépendante de la pression statique extérieure lorsque le premier de ces deux produits, pc, est très grand devant le second p'e.

On montre encore que, si la pression S varie sinusoïdalement à la fréquence f, la réponse du transducteur devient constante lorsque cette fréquence f dépasse un certain seuil et que, pour réduire ce seuil, il est avantageux d'utiliser un circuit d'adaptation d'impédance ayant une forte résistance d'entrée (notamment de l'ordre de 1 gigohm), une faible capacité d'entrée et une faible impédance de sortie, ce qui peut être facilement réalisé à l'aide de transistors à effet de champ.

L'électret est de préférence constitué en un polymère fluoré. Il peut être à base soit d'une polyoléfine substituée telle que : le polyéthylène, le polypropylène, le polytétrafluoroéthylène, un polycarbonate, soit d'un polyhydrocarbure halogéné tel que le polyéthylène propylène fluoré, un copolymère de l'hexafluoropro-pylène et du tétrafluoroéthylène, un fluorure de polyvinylidène, un composé à base d'au moins 95% de polychlorotrifluoroéthy-lène, un composé à base de polychlorotrifluoroéthylène et de polytétrafluoroéthylène, un composé à base de fluorure de polyvinylidène et de polytétrafluoroéthylène.

Il peut également être réalisé en couche mince à partir d'un composé inorganique tel que l'oxyde d'aluminium (résistivité électrique: 1016 ohms/cm).

Son épaisseur peut être comprise entre quelques centaines d'angströms et quelques centimètres.

Sa densité superficielle de charge peut être comprise entre 10"11 C/cm2 et 10~4 C/cm2.

L'élastomère constitutif de la couche 7 peut être un composé à base de silicone d'épaisseur comprise entre quelques milliers d'angströms et quelques centimètres.

Ce composé est de préférence un polyéther de silanol, plus souvent désigné sous le vocable de siloxane, tel que par exemple le méthylvinylsilicone — ou méthylvinylsiloxane — (appellation VMQ selon la norme ASTM. D 1418) ou le méthylvinylphénylsili-cone — ou méthylvinylphénylsiloxane (appellation PVMQ).

Il peut se présenter sous une forme compacte et pleine ou au contraire sous la forme d'une mousse: dans ce dernier cas, la couche 7 en question est formée avec une peau intégrale, c'est-à-dire avec une surface lisse continue de manière à assurer le contact intime mentionné ci-dessus avec tous les points de la plage en regard de la face F de l'électret.

Selon une variante, la couche intermédiaire 7 peut être constituée par une partie même de l'électret dont on a modifié la déformabilité par un traitement approprié de toute nature désirable, mécanique, chimique, électrique, ou faisant intervenir un rayonnement (lumière visible, faisceau d'électrons, rayons X ou gamma...).

Les électrodes 1 et 2 peuvent être réalisées de toute manière désirable, par exemple par une métallisation sous vide ou électrochimique de la face en regard de l'électret ou de la couche 7. Ces électrodes pourraient également être constituées par de simples feuilles ou rubans métalliques plaqués contre la face considérée de l'électret ou de la couche 7.

Il est à noter que l'ensemble peut être conçu sous une forme tubulaire, l'une des deux électrodes étant un fil ou une tige qui s'étend selon l'axe du tube et étant entourée par des tubes coaxiaux concentriques constituant successivement la couche intermédiaire, l'électret et la deuxième électrode.

A titre purement illustratif et bien entendu aucunement limitatif de l'invention, on indique que, pour un transducteur du genre de celui illustré sur les fig. 2 et 3 et comportant:

— un électret 4 constitué par une feuille de polyéthylène propylène fluoré épaisse de 1 mm, dont la face F présente une charge superficielle de 10-9 C/cm2,

— une couche intermédiaire 7 constituée par une feuille d'élasto-mère silicone épaisse de 1 mm, et

— des électrodes 1 et 2 déposées par métallisation sous vide sur les faces externes des deux feuilles ci-dessus appliquées l'une contre l'autre,

la sensibilité de ce transducteur en circuit ouvert est de l'ordre de 1 mV/pascal.

La structure proposée ci-dessus présente par rapport à celles antérieurement connues de nombreux avantages et en particulier les suivants :

— lors du fonctionnement du transducteur, l'électret ne subit aucune déformation puisque c'est la couche intermédiaire 7 qui est déformée: ce phénomène est favorable à la longévité de l'électret et donc du transducteur,

— comme indiqué plus haut, la sensibilité du transducteur peut être rendue indépendante de la pression statique du milieu dans lequel il est placé, ce qui peut être avantageux pour un certain nombre d'applications et en particulier pour la détection sous-marine,

— la face chargée F de l'électret, étant revêtue de façon intime sur toute son étendue par la couche 7, est parfaitement protégée de tous les agents extérieurs qui pourraient la dégrader (poussières, humidité, ions électriques, etc.),

— même lorsque le transducteur est soumis à une pression élevée, aucun point de la face chargée F de son électret ne peut venir en contact avec l'électrode en regard, étant séparée de cette dernière par la couche 7,

— aucune déformation locale n'étant requise pour l'électret, on peut donner à ce dernier de fortes épaisseurs, ce qui améliore sa sensibilité,

— l'absence de tout intervalle et de toute cale d'espacement entre la face chargée de l'électret et l'électrode en regard permet une grande souplesse de fabrication pour l'ensemble stratifié composé de l'électret, de la couche souple et des deux électrodes intimement plaqués les uns contre les autres, cet ensemble pouvant être facilement débité sous la forme de feuilles,

rubans ou tubes composites de grandes dimensions ou même être déformé selon une forme autre que plane ou cylindrique par emboutissage ou de toute autre manière désirable, la forme adoptée pouvant notamment être une surface bombée, centrée par exemple sur une source sonore en vue d'un enregistrement sans parasites,

— la présence d'une couche élastomère dans le transducteur amortit fortement la fréquence de résonance de celui-ci, ce qui élargit sa bande passante, en particulier vers les fréquences élevées, et rend inutile le recours à des moyens amortisseurs extérieurs,

— les matériaux constitutifs de l'électret et de la couche intermédiaire présentent une impédance acoustique voisine de celle de l'eau, de sorte que les transducteurs considérés sont parfaitement adaptés à l'émission ou à la réception d'ondes acous5

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tiques dans les milieux aqueux ou analogues (détection sous-marine, analyse médicale...), ces traitements étant exercés pratiquement sans perte d'énergie et sans réflexion (antennes «transparentes»): c'est ainsi que l'impédance acoustique de l'eau est de 1,5.196 kg/m2/s et que celle d'un transducteur selon l'invention est de l'ordre de 1,8.106 kg/cm2/s alors que celle des transducteurs à couche d'air est seulement de 3/104 kg/m2/s et que celle des céramiques piézoélectriques atteint 28/10® kg/m2/s.

Par rapport au montage élémentaire des fig. 2 et 3, de nombreuses variantes peuvent être envisagées.

C'est ainsi que, dans la variante schématisée sur la fig. 4, on a empilé tête-bêche deux ensembles du genre de celui de la fig. 2, l'électrode 2 étant alors disposée au centre de l'empilement et étant commune aux deux ensembles empilés : en d'autres termes, on trouve empilés successivement, sur chaque face de cette électrode 2, une couche élastique 7i, 72, un électret 4i, 42 et une deuxième électrode li, I2, l'ordre d'empilement de la couche d'élastomère et de l'électret pouvant être inversé.

En réunissant les deux deuxièmes électrodes entre elles, on réalise un blindage électrique du transducteur.

Avec un tel branchement, le transducteur obtenu est pratiquement insensible à ses flexions autour d'un axe passant dans le plan moyen de l'électrode centrale, toute modification locale, mécanique ou électrique qui intervient d'un côté de cette électrode en raison d'une telle flexion étant automatiquement compensée par une modification locale inverse de l'autre côté de cette électrode.

Bien entendu, on peut généraliser le type d'empilement décrit à propos de la fig. 4.

On peut également utiliser une pluralité de transducteurs élémentaires du genre de ceux décrits ci-dessus, formant par exemple une sorte de mosaïque et branchés en série et/ou en parallèle entre eux de toute façon connue en soi.

Sur la fig. 5, on a illustré une application particulièrement avantageuse des structures à couches intermédiaires élastiques décrites ci-dessus.

Il s'agit d'un clavier à commandes multiples dont les touches sont actionnées par simple effleurement des doigts.

Un clavier de ce genre a déjà été proposé dans le brevet USA N° 3668417, mais dans ce dernier brevet, les déplacements de la face chargée de l'électret sont rendus possibles par la présence d'une couche d'air le long de cette face et non pas par l'élasticité d'une couche intermédiaire.

Dans le cas présent, le clavier présente une pluralité de transducteurs à élastomère du genre décrit en référence aux fig. 2 et 3 disposés respectivement en regard d'autant de lumières 10 évidées dans un couvercle rigide extérieur 11.

Ici, l'électrode 2, la couche élastique 7 et l'électret 4 sont constitués tous les trois par des feuilles continues communes à tous les transducteurs, et c'est l'électrode 1 qui est seule divisée en plages conductrices indépendantes reliées chacune par un conducteur 12 à un circuit d'exploitation extérieur (non représenté).

Dans le cas de cette fig. 6, ces plages 12 ont été supposées réalisées par métallisation d'une feuille isolante supplémentaire 13 elle-même rapportée contre la face de l'électret 4 opposée à la face chargée F de celui-ci.

De plus, cette feuille 13 est elle-même revêtue extérieurement d'une couche conductrice 14, laquelle peut être connectée électriquement à l'électrode 2 de manière à réaliser un blindage de l'ensemble.

En effleurant avec un doigt l'une des plages conductrices de l'électrode 2, qui apparaît à travers l'une des lumières 10, on comprime le morceau de feuille élastique 7 en regard, ce qui rapproche ladite plage 2 de la portion en regard de la face F de l'électret 4: ce rapprochement engendre une différence de potentiel entre cette plage 2 et l'autre plage conductrice 1 en regard,

laquelle différence de potentiel peut être exploitée à toutes fins désirables.

Dans de tels cas, ainsi que plus généralement dans tous les cas où l'on désire exploiter le capteur pour détecter le dépassement d'un seuil de pression (bouton-poussoir, paillasson détecteur de passages, comptage de véhicules,...) il est avantageux d'associer ce capteur à un circuit semi-conducteur adapté au traitement de signaux électriques de faible amplitude tels qu'engendrés par un tel capteur: un tel circuit est par exemple un circuit MOS, de préférence du type CMOS, présentant les avantages d'une forte impédance d'entrée, d'une faible consommation, d'une bonne comptabilité avec les systèmes d'électronique digitale et d'un faible coût.

Un tel circuit a été par exemple schématisé sur la fig. 5 : il comprend essentiellement une résistance Ri déterminant l'impédance d'entrée du circuit, un inverseur 8, réalisé notamment à l'aide d'une porte NAND, et une résistance R2 montée en contre-réaction. Ce circuit permet d'élaborer à partir d'un signal analogique engendré par le transducteur un signal logique compatible avec le circuit d'exploitation proprement dit auquel il est envoyé: ledit circuit a été désigné par la référence 9 sur le dessin. Le choix des deux résistances Ri et R2 permet de déterminer le seuil de basculement de l'inverseur 8 et donc la sensibilité du dispositif.

A la place d'une commande par effleurement ou toucher direct, on peut encore envisager d'exercer les pressions de commande sur les différents transducteurs à l'aide de boutons-poussoirs et/ou de mécanismes élastiques à dépassement de point mort.

A titre d'exemple, on pourrait utiliser des boutons-poussoirs associés chacun à un mécanisme élastique à basculement calibré de façon à projeter brusquement une pièce ou une partie d'une pièce déformable sur la plage d'électrode 2 correspondant à ce bouton dès que l'enfoncement de ce dernier dépasse un seuil prédéterminé. Une telle formule permet de déterminer à volonté avec précision les seuils de pression de déclenchement.

D'une façon générale, les structures proposées décrites ci-des-sus se prêtent particulièrement bien aux applications mettant en jeu une variation de pression, en raison de l'élasticité de la couche intermédiaire, laquelle permet un retour automatique, rapide et sûr de chaque transducteur en sa position de repos dès que la pression exercée sur lui est annulée.

C'est ainsi que l'on peut réaliser avec les structures en question des capteurs de pression très compacts et sensibles, utilisables notamment pour l'enregistrement des sons (phonocapteurs) ou encore pour des applications médicales (capteurs de déplacements oculaires, de pression sanguine, de pression intercrânienne, de flux respiratoire...).

On peut également utiliser lesdites structures pour mesurer des pressions dans des conditions difficiles (ondes de chocs...) vu l'excellente protection mécanique et électrique de l'électret, qui demeure en permanence en contact intime avec l'élastomère.

On peut même utiliser ces structures à des températures relativement élevées si l'on choisit pour l'électret et l'élastomère des matériaux présentant une bonne tenue à la température, l'élastomère étant par exemple un polyéther de silanol et l'électret un polymère à base de polyhydrocarbure halogéné.

Une utilisation particulière de tels transducteurs sous pression élevée est la production d'étincelles dans un gaz, aux fins par exemple d'allumage d'un mélange combustible : si en effet on exerce une pression élevée sur un transducteur du genre ci-dessus, dont les électrodes sont reliées à celles d'un condensateur, on peut charger ce dernier jusqu'à la tension de claquage d'un gaz présent entre ces dernières électrodes, ledit claquage pouvant être favorisé par une forme en pointe de celles-ci.

La présence d'une couche élastique dans les transducteurs considérés peut également être exploitée à des fins d'amortissement, par exemple pour les applications mettant en œuvre des butées de sécurité ou de fin de course.

Au lieu d'être plus déformable que l'électret, la couche intermédiaire pourrait être choisie moins déformable que cet électret, ce qui pourrait être envisagé dans le cas d'une couche intermédiaire particulièrement dure.

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Ce serait par exemple le cas pour un électret en polyéthylène propylène fluoré (désigné parfois sous la désignation commerciale Téflon FEP) plaqué contre un support en verre fondu, en quartz fondu ou silice qui constitue alors la couche intermédiaire.

Selon d'autres variantes, la différence entre les déformabilités relatives de l'électret et de la couche intermédiaire n'est pas manifestée directement par application d'un effort mécanique (pression ou choc), mais indirectement par des variations de température, ou encore plus indirectement par irradiation.

C'est ainsi que, si la couche intermédiaire 7 (fig. 2) présente un coefficient de dilatation thermique très différent de celui de l'électret 4, le chauffage de l'ensemble se traduit encore comme précédemment par un déplacement relatif de la face chargée F de l'électret par rapport à l'une des électrodes, déplacement susceptible de se traduire par la création d'une tension électrique aux bornes de ces électrodes. On peut ainsi réaliser à l'aide des transducteurs considérés des détecteurs de température susceptibles de déclencher automatiquement une alarme visuelle ou sonore dès que ladite température dépasse un seuil prédéterminé.

A titre d'exemple on peut reprendre l'exemple qui vient d'être donné puisque les coefficients de dilatation thermique respectifs du polyéthylène propylène fluoré et du quartz fondu sont de 9.10-5 cm/cm/degré et de 5,5.10-7 cm/cm/degré.

On pourrait également utiliser un électret en polyéthylène (coefficient de dilatation 17.10-5 cm/cm/degré) ou en chlorure de polyvinylidène (19. IO-5) plaqué sur un support en alumine cristalline, corps dont le coefficient de dilatation est voisin de celui du quartz, ce support constituant la couche intermédiaire.

Ou encore on pourrait avoir recours à un électret du type ci-dessus en polyéthylène propylène fluoré plaqué sur un support en polyimide (coefficient de dilatation 2. IO-5 cm/cm/degré): des laminats de ces deux polymères sont diffusés sous l'appellation Kapton type F et il suffit d'en charger la portion désirée pour les rendre aptes à constituer des transducteurs selon l'invention.

On peut également envisager que la couche intermédiaire 7 présente, vis-à-vis de certains rayonnements, un pouvoir d'absorption très différent de celui de l'électret, et soit apte à transformer ces rayonnements en chaleur, si ceux-ci ne sont pas déjà des rayonnements calorifiques (infrarouges).

Dans un tel cas, si le transducteur est agencé de façon telle que la couche intermédiaire et l'électret soient exposés tous les deux aux rayonnements considérés, l'un de ces deux éléments est plus chauffé que l'autre et donc plus dilaté que l'autre, même si leurs coefficients de dilatation thermique sont égaux, ce qui se traduit à nouveau par un déplacement relatif de l'interface F par rapport aux électrodes.

Le même résultat pourrait également être obtenu, même avec des coefficients d'absorption identiques des deux éléments vis-à-vis des rayonnements considérés, si l'ensemble est agencé de façon telle que l'un seulement de ces éléments puisse être exposé à ces rayonnemnts ou encore que l'un d'eux soit beaucoup plus exposé auxdits rayonnements que l'autre.

Comme exemples on peut citer les suivants :

5 — un électret du type ci-dessus en polyéthylène propylène fluoré, pratiquement transparent dans le spectre visible, plaqué sur un support — constituant la couche intermédiaire ci-dessus — en rubis (alumine dopée en chrome avec une concentration pondérale d'impuretés de 10*2 à IO-4), corps qui absorbe très 10 fortement le bleu et le transforme, partie en chaleur, partie en lumière rouge,

— un électret du même type que le précédent, dont la réponse est pratiquement plate jusqu'à la longueur d'onde de 3,8 microns, plaqué sur un verre Tétrasil obtenu à partir d'halogénure de

15 silicium, lequel présente aussi une réponse très plate, sauf pour les radiations dont la longueur d'onde est voisine de 2,75 microns, radiations qu'il transforme en chaleur;

— inversement, un électret toujours du type précédent, très absorbant dans le domaine des longueurs d'ondes comprises entre 7,5 et 9,5 microns, plaqué sur un support tel qu'habituellement utilisé dans les spectographes à infrarouge pour leur transparence à ces rayons, notamment en bromure de potassium KBr, en chlorure de sodium NaCl, en chlorure d'argent AgCl ou en iodure de césium Csl.

Les transducteurs réalisés selon ces trois exemples permettent d'effectuer des détections ou mesures sur des rayonnements respectivement bleus, de longueur d'onde égale à 2,75 microns et infrarouges (imagerie infrarouge).

Dans ces différents cas il convient bien entendu que l'une au moins des électrodes soit transparente aux rayonnements utilisés: on la constitue avantageusement par métallisation d'une couche très mince, par exemple en or avec une épaisseur de quelques angströms, ce qui est possible car on peut donner à la résistance de contact d'une telle couche une valeur relativement faible (10 ohms) nettement inférieure à l'impédance d'entrée du circuit d'exploitation.

Ensuite de quoi, et quel que soit le mode de réalisation adopté, on dispose finalement d'un transducteur dont la constitution, le fonctionnement et les avantages résultent suffisamment de ce qui précède.

Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes, notamment celles où les transducteurs considérés seraient utilisés à des fins d'émission de signaux mécaniques (acoustiques ou autres) plutôt qu'aux fins de réception ou de détection de tels signaux comme la plupart de celles qui ont été plus particulièrement décrites ci-dessus.

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R

1 feuille dessins

Claims (11)

624 523

1. Transducteur électromécanique comprenant, entre deux électrodes conductrices de l'électricité connectées à un même circuit d'exploitation extérieur, d'une part une feuille diélectrique chargée électriquement en permanence sur l'une au moins de ses deux faces ou au voisinage de celle-ci, et d'autre part, disposée entre ladite face et la face d'électrode en regard, une couche intermédiaire solide en un matériau présentant une déformabilité différente de celle de la feuille diélectrique, caractérisé en ce que d'une part, le matériau constitutif de ladite couche intermédiaire (7) présente une résistivité électrique supérieure à 1015 ohms/cm et en ce que d'autre part, cette couche présente une face lisse et continue en contact intime avec la totalité de la plage utile de la susdite face chargée (F) de la feuille diélectrique (4).

2. Transducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche intermédiaire (7) est constituée en un élastomère.

2

REVENDICATIONS

3. Transducteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'élastomère est à base de silicone, par exemple en méthylvinylsi-loxane ou en méthylvinylphénylsiloxane.

4. Transducteur selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que l'élastomère se présente sous la forme d'une mousse à peau intégrale.

5. Transducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche intermédiaire (7) est à base d'oxyde d'aluminium.

6. Transducteur selon l'une quelconque des précédentes revendications, caractérisé en ce que les électrodes, la feuille diélectrique et la couche intermédiaire sont coaxiaux et concentriques.

7. Transducteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, pour lequel la couche intermédiaire et la feuille diélectrique sont tous deux délimités par des faces planes parallèles, caractérisé en ce qu'il est agencé de façon à exposer sa couche intermédiaire à des variations de pression engendrées par le simple toucher d'un doigt.

8. Transducteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche intermédiaire est constituée en un matériau présentant un coefficient de dilatation thermique nettement différent de celui de la feuille diélectrique.

9. Transducteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la feuille diélectrique et la couche intermédiaire sont constituées en des matériaux présentant des coefficients d'absorption nettement différents de certains rayonnements, entraînant des différences d'échauffement et donc de déformation de ces matériaux, l'ensemble des électrodes, de la feuille diélectrique et de la couche intermédiaire étant agencé de façon telle que la couche et la feuille diélectrique puissent être atteintes par de tels rayonnements émis depuis l'extérieur des électrodes.

10. Transducteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend, empilées successivement sur chacune des deux faces d'une même électrode centrale (2), une dite couche intermédiaire (7, 72), une feuille diélectrique (E, 42) et une seconde électrode (li, I2), l'ordre des empilements de la couche et de la feuille diélectrique pouvant être inversé.

11. Utilisation du transducteur selon la revendication 7 pour réaliser un clavier multiple, le transducteur étant associé à plusieurs autres transducteurs du même type, actionnables chacun à travers une ouverture (10) évidée dans un couvercle rigide (11), toutes les ouvertures évidées dans ledit couvercle étant alignées entre elles, de façon à constituer le clavier multiple.