FR2511570A1 - Transducteur electroacoustique a polymere piezoelectrique - Google Patents
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Abstract
L'INVENTION SE RAPPORTE AUX MICROPHONES ET HYDROPHONES PIEZOELECTRIQUES DANS LESQUELS LA STRUCTURE ELASTIQUE 3 REAGISSANT DIRECTEMENT A LA PRESSION ACOUSTIQUE EST FAITE EN POLYMERE PIEZOELECTRIQUE. L'INVENTION A POUR OBJET UN TRANSDUCTEUR ELECTROACOUSTIQUE UTILISANT UNE STRUCTURE ELASTIQUE EN FORME DE PLAQUE ENCASTREE 3 PRESENTANT AU MOINS UNE INCURVATION ET RECOUVERTE SUR SES DEUX FACES D'ELECTRODES 4, 5 RELIEES A UN CIRCUIT ELECTRIQUE ADAPTATEUR D'IMPEDANCE 13. L'INVENTION S'APPLIQUE NOTAMMENT A LA REALISATION DE COMBINES TELEPHONIQUES.
Description
TRANSDUCTEUR ELECTROACOUSTIQUE
A POLYMERE PIEZOELECTRIQUE
La présente invention se rapporte aux transducteurs électro-
acoustiques permettant de convertir une pression acoustique ou un gradient de pression en une tension électrique Elle concerne plus particulièrement les microphones et les hydrophones à pression ou à vitesse dans lesquels la conversion d'une vibration acoustique en tension électrique est assurée par
un élément vibrant en polymère piézoélectrique.
Il est connu de réaliser des microphones à membrane en polymère piézoélectrique tendue ou thermoformée En particulier, il est courant d'utiliser un film mince de polyfluorure de vinylidène (PVF 2) d'une épaisseur de l'ordre de quinze microns pour former un élément transducteur sollicité à
se déformer sous l'action d'une différence de pression créée entre ses faces.
La différence de pression est obtenue en montant la membrane piézo-
électrique dans un écran, mais pour obtenir une sensibilité à la pression
acoustique l'écran est remplacé par un boîtier fermé L'élément piézo-
électrique forme un condensateur électrique dont la capacité varie en sens contraire de l'épaisseur du film utilisé L'effet transducteur piézoélectrique fournit sur les électrodes une charge électrique induite par les contraintes mécaniques subies par le film piézoélectrique En circuit ouvert, la tension induite par effet piézoélectrique varie en sens inverse de la capacité interélectrode de sorte qu'avec un film mince, il est nécessaire de produire une forte déformation pour obtenir une bonne sensibilité La compliance mécanique d'une membrane mince est élevée, mais le fait de clore la face
arrière introduit une capacité acoustique qui réduit sensiblement la com-
pliance de l'ensemble Pour diminuer l'effet de charge de la membrane par le coussin d'air à comprimer, on peut augmenter le volume du boîtier, mais cette solution est souvent inacceptable par suite de l'encombrement du microphone. Lorsqu'on utilise comme élément vibrant une membrane plane faite
d'une seule couche de matériau polymère, l'énergie de déformation prédo-
minante est celle qui correspond à la traction-compression et comme cette sollicitation ne change pas de signe avec la pression acoustique alternative, la tension délivrée est en majeur partie redressée Pour utiliser une telle membrane, on peut prévoir une polarisation mécanique en créant une surpression dans le boîtier porteur de la membrane Cette surpression peut être obtenue au moyen d'un coussin élastique acoustique Le fonctionnement à fréquence double peut être évité en utilisant comme élément vibrant une structure bimorphe, ce qui complique la fabrication des membranes, mais évite d'avoir à prévoir une précontrainte Enfin, on peut utiliser une membrane thermoformée en forme de protubérance, mais la fabrication et
la stabilité dimensionnelle présentent des difficultés.
La présente invention vise à pallier ces inconvénients en conservant une structure particulièrement simple à réaliser grâce à l'utilisation d'une
plaque vibrante en lieu et place d'une membrane.
L'invention a pour objet un transducteur électroacoustique à polymère piézoélectrique dont l'élément vibrant est constitué par une structure élastique en polymère piézoélectrique soumise directement à la pression acoustique sur l'une au moins de ses faces, les faces de ladite structure
étant munies d'électrodes formant condensateur reliées à un circuit élec-
trique adaptateur d'impédance; ladite structure et ledit circuit électrique étant montés dans un boîtier muni d'une paire de bornes de sortie, caractérisé en ce que ladite structure élastique est une plaque encastrée
comportant au moins une incurvation.
L'invention sera mieux comprise au moyen de la description ci-après et
des figures annexées, parmi lesquelles:
La figure 1 représente une capsule microphonique de type connu.
La figure 2 représente une capsule microphonique à l'élément vibrant
en forme de plaque encastrée.
La figure 3 représente un premier mode de réalisation d'une capsule
microphonique selon l'invention.
La figure 4 représente un second mode de réalisation d'une capsule
microphonique selon l'invention.
La figure 5 est une vue en coupe méridienne d'un microphone selon l'invention. Les figures 6 et 7 représentent les schémas électriques des circuits
adaptateurs d'impédance.
Les figures 8 et 9 sont des diagrammes explicatifs.
Les figures 10 à 12 représentent des détails de réalisation de l'élément
transducteur en forme de plaque.
La figure 13 est une vue en coupe méridienne d'un autre microphone
selon l'invention.
La figure 14 est une vue isométrique d'une capsule microphonique
utilisant une plaque cintrée.
La figure 15 est un diagramme explicatif.
La figure 16 est un schéma électrique de circuit adaptateur d'impé-
dance. Sur la figure 1, on peut voir une capsule microphonique à membrane en polymère piézoélectrique selon l'art connu Elle se compose d'un boîtier en deux parties comprenant un fond 1 et une collerette 2 Une membrane 3 en film mince de polymère piézoélectrique est pincée entre la collerette 2 et le rebord du fond de boîtier 1 Cette membrane 3 est soumise à la pression acoustique p et en se déformant elle comprime le volume intérieur du fond de boîtier 1 Si ce volume est rempli d'air à la pression atmosphérique, une
surpression A p produit l'affaissement indiqué en pointillé sur la figure 1.
Avec un film de 15 microns d'épaisseur et un diamètre de membrane de 15 millimètres, la déformée de la membrane est régie par les tensions de traction dont la composante verticale doit équilibrer la poussée Des électrodes 4 et 5 recouvrant les deux faces de la membrane 3 permettent de recueillir des charges électriques induites par la piézoélectricité intrinsèque du film 3 Un circuit amplificateur 7 recueille une tension proportionnelle à ces charges et inversement proportionnelle à la constante diélectrique apparente de l'ensemble membrane-électrodes Le circuit 7 présente une très forte impédance d'entrée et son impédance de sortie est adaptée à l'impédance de la ligne de transmission LL En présence d'une pression acoustique alternative, le dispositif de la figure I fournit une tension redressée, mais la réponse peut être linéarisée en créant une précontrainte
de la membrane 3.
La structure de capsule microphonique représentée sur la figure 2 ne diffère de celle de la figure I que par lutilisation d'une plaque encastrée 3 d'épaisseur e à la place d'une membrane Cependant, cette différence en apparence minime entraîne un fonctionnement sensiblement différent du
transducteur piézoélectrique.
Contrairement à une membrane mince, une plaque présente une résistance à la flexion qui s'ajoute à la résistance à la traction pour compenser la poussée exercée par la pression p Lorsque la plaque est encastrée, la déformée 6 présente un point d'inflexion de part et d'autre duquel la courbure s'inverse Le travail de déformation se compose de plusieurs termes qui font intervenir la tension de traction, le moment fléchissant et l'effort tranchant Globalement, la compliance mécanique d'une plaque est moindre que celle d'une membrane, ce qui rend cette structure plus épaisse moins sensible à la présence d'un volume intérieur à comprimer. La piézoélectricité intrinsèque permet de calculer la charge électrique induite par étirement de la plaque dans son plan, mais elle ne rend pas compte des charges électriques induites par flexion C'est la piézoélectricité de flexion, c'est à dire une piézoélectricité évaluée sur la base d'un gradient de contrainte qui peut rendre compte d'une bonne partie de la charge électrique induite Lorsqu'une pression acoustique alternative excite une plaque plane, le gradient de contrainte change de signe à chaque alternance de sorte que la tension développée entre les électrodes 4 et 5 renferme une
composante alternative, sans qu'il soit nécessaire d'appliquer une precon-
trainte A charge électrique induite égale, la tension à vide développée par
une plaque piézoélectrique est supérieure à celle que produirait une mem-
brane, car la capacité électrique est plus faible C'est la raison pour laquelle, une plaque est susceptible d'offrir avec une compliance plus faible une sensibilité en tension convenable et une distorsion plus faible grâce à
l'action linéarisante de la piézoélectricité de flexion.
Les considérations qui précèdent ont conduit à expérimenter avec des plaques de polyfluorure de vinylidène (PVF 2) d'épaisseur (e) croissante les
propriétés microphoniques du dispositif de la figure 2.
Le diagramme de la figure 8 donne dans le cas d'une plaque de
polymère piézoélectrique PVF 2 ayant un diamètre de 15 mm à l'encas-
trement la sensibilité S en millivolt par Pascal et la plus basse fréquence de
résonance F en k Hz pour différentes épaisseurs e exprimées en microns.
Les courbes 28 et 29 se rapportent à une plaque encastrée de forme
plane La courbe 28 montre que la fréquence de résonance croit linéaire-
ment avec l'épaisseur e de la plaque vibrante, ce qui est typique d'une structure résistant à la flexion La courbe 29 montre que la sensibilité en tension augmente avec l'épaisseur e jusqu'à 200 microns et qu'elle s'infléchit ensuite pour des épaisseurs plus fortes La mesure de la sensibilité est effectuée nettement en deça de la fréquence de résonance, ce qui revient à rendre négligeable l'effet de masse de la plaque vibrante et à s'intéresser à la déformation statique La fréquence F doit être considérée comme
illustrative de la bande de fréquences susceptible d'être reproduite fidèle-
ment et ce que montre la courbe 29, c'est que jusqu'à une épaisseur de 200 microns la sensibilité et la bande passante croissent simultanément alors qu'au delà on assiste à un phénomène courant en acoustique, à savoir que le
gain réalisé sur la bande passante s'obtient au détriment de la sensibilité.
L'utilisation d'une plaque plane encastrée comme organe transducteur directement soumis à la pression acoustique présente un grand intérêt du point de vue de la commodité de fabrication et de la stabilité dans le temps
des caractéristiques Cependant, la notion de planéité et celle d'encastre-
ment sont dans la pratique des approximations qui peuvent avoir une grande influence sur la reproductibilité des caractéristiques d'un microphone Un petit défaut de planéité changeant d'un échantillon au suivant crée une grande dispersion de sensibilité à tel point qu'en veillant à réaliser une plaque aussi plane que possible, on a observé un véritable effondrement de la
sensibilité.
Au lieu de laisser au hasard le soin de fixer la sensibilité d'un microphone, l'invention prévoit de créer systématiquement dans la plaque une légère incurvation prenant le pas sur tous les défauts de planéité
inhérents à la fabrication.
Sur la figure 3, on peut voir une vue isométrique éclatée d'une capsule microphonique selon l'invention La plaque piézoélectrique 3 présente des ondulations sectorales produites en pinçant celle-ci entre les faces ondulées de la collerette 2 et du rebord du fond de boîtier 3 Comparativement à un encastrement par pinçage d'une plaque aussi plane que possible entre deux portées annulaires planes, on observe un gain sensible de sensibilité pouvant atteindre 20 d B Après démontage et remontage de la plaque 3 dans cet encastrement de type ondulé, on constate une bonne reproductibilité des caractéristiques de la capsule microphonique Les ondulations de la plaque 3 ont une incidence favorable sur la réponse aux sollicitations de traction- compression dont l'effet s'ajoute aux sollicitations de flexion En effet, l'incurvation de la plaque forme une structure légèrement arcboutée qui
réagit linéairement à la pression acoustique alternative.
La réalisation des surfaces de pinçage ondulées de l'encastrement
nécessite un usinage précis de la collerette 2 et du fond de boîtier 1.
Pour simplifier Fusinage,la figure 4 montre une vue isométrique
partielle d'une autre forme de réalisation de linvention' La capsule micro-
phonique représentée utilise une plaque 3 partiellement bombée grâce à un encastrement légèrement conique A cet effet, les surfaces annulaires de la collerette 2 et du fond de bolttier l qui pincent la plaque 3 sont des portions de cônes coaxiaux dont l'angle au sommet O vaut un peu moins de 180 Avec un angle au sommet de 166 et une plaque de 200 microns d'épaisseur encastrée sur un diamètre de 15 mm on a obtenu une sensibilité de 3,5
millivolts par Pascal.
D'après ce qui vient d'être dit, on voit que la sensibilité d'une plaque piézoélectrique est fortement dépendante de petits défauts de planéité qui sont perceptibles lorsqu'on examine en réflexion les faces métallisées Ce léger gondolement peut résulter de contraintes internes que ron peut relacher par un traitement thermique approprié Cependant, on obtient une bien meilleure sensibilité et une bonne reproductibilité de la courbe de réponse en imposant à la plaque encastrée des déformations supérieures aux déformations aléatoires dues à un montage imparfait, ou à un manque de
planéité initial Le montage d'une plaque initialement plane dans un encas-
trement tronconique tend à lui donner une forme de dôme qui dépend de la rigidité à la flexion Cette forme ne nécessite ni formage préalable, ni appui
de la plaque sur un milieu élastique destiné à créer un renflement.
Les courbes 26 et 27 du diagramme de la figure 8, ont été obtenues avec un encastrement tronconique d'angle au sommet égal à 160 La courbe 26 montre que la sensibilité en tension est nettement supérieure à celle que
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l'on obtient avec un encastrement plan La courbe 27 montre que la fréquence du premier mode de résonance est relevée sauf pour les fortes
épaisseurs L'épaisseur optimale pour une plaque de polyfluorure de vinyli-
dène ayant un diamètre intérieur de 15 mm se situe aux alentours de 200 microns. La figure 9 illustre la courbe de réponse en fréquence d'une capsule microphonique à plaque vibrante épaisse de 200 microns Les profils 30 et 31 délimitent le gabarit d'un microphone à usage téléphonique La courbe de réponse 32 a été obtenue avec un amortissement acoustique de la première résonance de plaque La portion de courbe 33 en pointillé montre la
différence de tracé lorsque l'amortissement acoustique n'est pas employé.
La figuré 5 est une vue en coupe méridienne d'une capsule micropho-
nique à plaque piézoélectrique Le boîtier comporte une partie supérieure 2 en métal qui s'emboîte dans un fond de boîtier 11 muni de bornes de
i S raccordement isolées 14 La plaque piézoélectrique 3 munie de ses métalli-
sations 4 et 5 est encastrée tronconiquement entre le rebord de la partie
supérieure 2 du boîtier et un anneau métallique 8 à section trapézoidale.
L'anneau 8 est pressé contre la plaque 3 par une rondelle isolante 9 reposant sur une pièce élastique de blocage 10 qui pénètre dans une fente circulaire de la partie supérieure 2 du boîtier Un tampon 12 de matière absorbante acoustique est logé dans l'évidement central de la partie supérieure 2 du boîtier Ce tampon est coincé entre la pièce 9 et une plaquette 11 de circuit imprimé sur laquelle sont agencés les composants électroniques d'un circuit
électrique adaptateur d'impédance.
Les matériaux polymères piézoélectriques tels que le polyfluorure de vinylidène et ses copolymères sont particulièrement indiqués, car ils permettent de réaliser aisément les incurvations illustrées sur les figures 3 à En ce qui concerne la bande passante, on peut définir en première approximation la limite supérieure à partir du calcul de la fréquence f 1 du premier mode de résonance d'une plaque circulaire soit: = 2,96 e * fi 2 ir R 2 o e est l'épaisseur de la plaque R le rayon intérieur du cercle non encastré E le module d'Young du matériau piézoélectrique v le coefficient de Poisson P la masse volumique. Pour une plaque de PVF 2 on a: E = 3,5 109 N m-2
V = 0,3
P = 1,8103 Kg m-3 avec R = 0,75 cmet e = 200 microns, on trouve:
f 2 = 2,45 k Hz.
En amortissant cette pointe de résonance avec un coussin de mousse en appui sur la face arrière de la plaque, on peut atteindre une limite
supérieure de l'ordre de 3,6 k Hz, comme illustré sur la figure 9.
La limite inférieure de la bande passante est nulle si la capacité que constitue la plaque est reliée à un circuit amplificateur à impédance
d'entrée infinie.
Cependant, en pratique on souhaite atténuer la réponse en deça d'une fréquence f 2 et dans ce cas une résistance Re doit être branchée en parallèle sur la capacité C de la plaque On applique alors la relation:
RC 1
e C 21 r f 2 Si f 2 est par exemple égale à 300 Hz et si les électrodes ont un diamètre de 15 mm et sont séparées par une épaisseur de 225 microns de PVF 2, sachant que e re = 10-10 F m-1, on trouve: w 10-10 225 10-6 C t 6 = O p
225 10-6 =
et R = I = 6 106 ohm e 9 10 o-l 2 f 300 Le circuit amplificateur à monter en aval de la capsule microphonique devra par exemple fournir un gain en tension proche de l'unité et pour débiter sur une impédance extérieure de 200 ohms, il devra fournir un gain 6.10
en courant égal à 200 = 3 104.
Sur la figure 6, on peut voir un circuit électrique permettant d'assurer la liaison entre la capsule microphonique 3, 4, 5 et une ligne téléphonique LL Ce circuit fait appel à un transistor unipolaire 17 à grille isolée La source du transistor 17 est reliée par une résistance de polarisation 16 à l'électrode de masse 4 Un limiteur à diodes 18 et un condensateur de découplage 19 peuvent être branchés en parallèle sur la résistance pour polariser convenablement la grille du transistor 17 La résistance 15 branchée en parallèle sur la capsule 3, 4, 5 fixe comme indiqué ci-dessus la fréquence de coupure inférieure f 2 Les résistances de charge 20 et 21 relient respectivement les pôles + et d'une source d'alimentation à l'électrode 4 et au drain du transistor 17 Des capacités de découplage 22
empêchent la composante continue d'être transmise à la ligne LL.
Le circuit adaptateur d'impédance peut être réalisé au moyen de transistors bipolaires comme illustrés sur le schéma électrique de la figure 7 La ligne de transmission LL peut fournir la tension d'alimentation à l'étage amplificateur via une résistance 25 reliée à un condensateur de filtrage 24 L'étage amplificateur comprend un montage Darlington 23 à deux transistors NPN utilisé en émetteur suiveur La résistance 16 joue le rôle de charge d'émetteur et est reliée à la ligne de transmission LL par un condensateur de liaison 22 La polarisation en courant du montage Darlington est obtenue par une résistance 15 de forte valeur qui relie la base du premier transistor NPN du montage 23 au pôle positif du condensateur 24 La capsule microphonique proprement dite 3, 4, 5 est branchée en
parallèle sur la résistance 15.
Sur la figure 10, on peut voir une vue isométrique d'une plaque piézoélectrique de capsule microphonique selon l'invention Il s'agit d'une construction intégrée dans laquelle la plaque de polyfluorure de vinylidène sert de support à un circuit intégré 34 qui regroupe les éléments 22, 23, 25 et 16 de la figure 7 La métallisation 5 est échancrée et deux languettes de
connexion L sont prévues pour le raccordement à la ligne de transmission.
Le condensateur 24 est relié extérieurement à l'une de ces languettes de connexions et à la contre-électrode 4 La résistance 15 est réalisée sous la forme d'un remplissage de diélectrique 36 rendu légèrement conducteur de l'électricité La connexion 35 relie l'électrode 5 à la connexion de base du
montage Darlington 23.
La figure Il est une vue isométrique partielle et retournée de la plaque piézoélectrique de la figure 10 On voit que la réalisation de la résistance branchée entre les électrodes 4 et 5 est obtenue en perçant un trou 36 et en le remplissant de polymère conducteur obtenu par exemple
avec une charge de carbone.
La figure 12 montre que la résistance reliant les électrodes 4 et 5 peut être matérialisée par un dépôt faiblement conducteur 37 occupant en partie
ou en totalité la tranche de la plaque piézoélectrique 3.
Enfin, il faut signaler que la résistance de fuite 15 des schémas électriques des figures 6 et 7 peut être obtenue par un dopage dans la masse du polymère piézoélectrique Le dopage peut être réalisé par diffusion d'ions ou en mélangeant à une solution de polymère des traces d'iodure de potassium L'avantage de cette technique est que la constante de temps est définie de façon intrinsèque, donc indépendante de la forme géométrique de
la plaque.
Il est à noter que la surcharge constituée par la présence du circuit intégré 34 est faible par rapport à la masse effective de la plaque vibrante et que la baisse correspondante de la fréquence de résonance est peu marquée. En ce qui concerne la réalisation des électrodes 4 et 5, on peut adopter la technique de l'évaporation sous vide de métaux tels que l'aluminium, le nickel-chrome, le chrome-or Les plaques circulaires peuvent être découpées à l'emporte-pièce dans une feuille métallisée double face Etant donné les hautes impédances rencontrées à l'entrée du circuit électrique adaptateur, il n'y a aucun inconvénient à réaliser les électrodes 4 et 5 sous la forme de minces pellicules de polymère chargé de particules conductrices Ces particules peuvent être métalliques, par exemple en nickel, cuivre argenté,
argent, mais on peut également utiliser des particules de carbone.
Le polymère utilisé comme liant peut être différent du polymère piézoélectrique, par exemple latex,, silicones, caoutchouc synthétique ou naturel On peut également utiliser avantageusement le même polymère
11570
il comme liant Ainsi, pour confectionner les électrodes d'une plaque de polyfluorure de vinylidène, on peut partir d'une solution à 20 gr/litre dans le diméthyl formamide, à laquelle est ajouté 20 % en poids de noir de carbone Corax L (produit de la firme DEGUSSA) Un dépôt conducteur de ce type offre une excellente adhérence avec le PVF 2 et une conductivité électrique largement suffisante Les dépôts par sérigraphie, tournette, pinceau et projection sont utilisables Le séchage a lieu à une température supérieure à
C pour éviter la formation d'un dépôt pulvérulent.
Sur la figure 13, on peut voir une coupe méridienne de capsule
1 o microphonique particulièrement simple à réaliser.
Elle comprend deux flasques métalliques l et 2 à rebords tronconiques qui pinçent le bord d'une plaque 3 en polymère piézoélectrique de façon à lui donner une forme bombée Le flasque supérieur 2 est en contact avec un dépôt conducteur 4 déposé sur la face convexe de la plaque 3; il joue le rôle de coiffe et à cet effet, il présente un évidement 46 communiquant avec l'extérieur par une série d'orifices 38 percés dans le fond Une rondelle d'amortissement en textile 39 est collée au fond de l'évidement 46 La pression acoustique extérieure agit donc sur la face convexe de la plaque 3 via les orifices 38 et la couche amortissante 39 La face concave de la plaque 3 est revêtue d'un dépôt conducteur 5 en contact avec le rebord supérieur du flasque l Le flasque l comporte une paroi intérieure percée
d'un orifice 42 qui établit une communication entre deux cavités 47 et 48.
Un tampon textile amortisseur 41 est collé sur l'orifice 42 La cavité 47 est délimitée par la face concave de la plaque 3 et un évidement supérieur du flasque 1 La cavité 48 est délimitée par un évidement inférieur du flasque l et par une plaquette 43 de matériau isolant qui porte des bornes de connexion 45 et les composants électroniques 44 d'un circuit adaptateur d'impédance La fermeture de la capsule microphonique est assurée par sertissage au moyen d'une enveloppe métallique 40 qui serre l'un contre l'autre les flasque 1 et 2, la plaque 3 et la plaquette porte circuit 43 Le flasque 2 sert d'électrode de masse et l'enveloppe 40 assure le blindage électrostatique Le flasque l est isolé de l'enveloppe 40 et est raccordé à
l'entrée d'un amplificateur La courbe de réponse 50 de la capsule micro-
phonique de la figure 13 est donnée à la figure 15 On voit que l'allure de cette courbe de réponse est très régulière et bien située à l'intérieur du
gabarit imposé pour l'application téléphonique.
La figure 16 montre le schéma électrique du circuit adaptateur d'impédance utilisé en liaison avec la capsule microphonique 51 de la figure 13 Il comprend deux étages amplificateurs à liaison directe Le premier étage comprend un transistor Ti bipolaire NPN dont l'émetteur est relié à
une résistance R 2 ayant une borne à la masse 4 Une résistance collecteur-
base R 1 assure la polarisation en courant L'électrode 5 est reliée à la base du transistor T 1 Le deuxième étage amplificateur comprend un transistor
T 2 bipolaire PNP dont le collecteur est relié à l'émetteur du transistor Ti.
La base du transistor T 2 est reliée au collecteur du transistor T 1 et son émetteur est relié via une résistance de charge R 3 au p 8 le posistif + V d'une source d'alimentation Le pôle négatif V de la source d'alimentation est relié à la masse 4 via une autre résistance R 3 La chute de tension variable l 5 engendrée entre l'émetteur du transistor T 2 et la masse 4 est transmise à la
ligne de transmission Z par deux condensateurs de couplage 22.
Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée à des plaques circu-
laires encastrées sur leur pourtour La figure 14 est une vue isométrique d'une capsule microphonique dont la plaque piézoélectrique 3 a une forme rectangulaire Le boîtier 1 comporte deux bords opposés qui coopèrent avec deux longerons 2 afin de réaliser un encastrement ayant pour effet de cintrer la plaque 3 Les deux autres bords du boîtier 1 sont remontants afin d'encadrer les bords non encastrés de la plaque 3 Des joints 49 en mousse élastique garnissant les bords remontant du boîtier l isolent la face concave de la plaque 3 de l'action de la pression acoustique extériéure Dans ce cas, le boîtier 1 possède un fond rigide et au moins une cavité interne comprimée
par la vibration de la plaque 3.
invention s'applique également aux capsules microphoniques à gra-
dient de pression Dans ce cas, la plaque vibrante est encastrée dans un écran qui crée une différenciation entre les pressions acoustiques agissant sur les deux faces On peut aussi utiliser deux plaques piézoélectriques
encastrées dans un cadre de façon à enfermer un volume d'air L'inter-
connexion électrique de ces plaques permet d'obtenir une caractéristique de réponse de type gradient de pression, afin de favoriser les sources sonores
rapprochées au détriment des sources éloignées.
Le microphone décrit ci-dessus peut être utilisé avantageusement comme hydrophone avec une fréquence de premièe résonance réduite par la charged'eau Dans ce cas, le couplage entre l'élément vibrant et le milieu aqueux peut se faire par l'intermédiaire d'un enrobage, par exemple en polyuréthane choisi pour présenter une impédance acoustique proche de
celle de l'eau.
Claims (16)
1 Transducteur électroacoustique à polymère piézoélectrique dont l'élément vibrant est constitué par une structure élastique en polymère piézoélectrique ( 3) soumise directement à la pression acoustique (p) sur l'une
au moins de ses faces, les faces de ladite structure étant munies d'élec-
trodes ( 4, 5) formant condensateur reliées à un circuit électrique adaptateur d'impédance ( 7); ladite structure et ledit circuit électrique étant montés dans un boîtier ( 1, 11) muni d'une paire de bornes de sortie ( 14), caractérisé en ce que ladite structure élastique est une plaque encastrée comportant au
moins une incurvation.
2 Transducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite
plaque encastrée est une plaque encastrée sur son pourtour.
3 Transducteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite
plaque encastrée est circulaire.
4 Transducteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les pièces de pinçage réalisant Pencastrement de ladite plaque ont une forme ondulée. Transducteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les pièces de pinçage réalisant l'encastrement de ladite plaque ont une forme tronconique. 6 Transducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une résistance ( 15) est branchée entre lesdites électrodes ( 4, 5), afin d'atténuer la sensibilité en deça d'une fréquence inférieure à la première fréquence de
résonance de plaque.
7 Transducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que des moyens d'amortissement ( 12) sont associés à ladite plaque en vue d'étaler la
pointe de sensibilité correspondant à la première résonance de plaque.
8 Transducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit circuit électrique adaptateur d'impédance comporte un transistor unipolaire
( 17).
9 Transducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit circuit électrique adaptateur d'impédance comporte au moins un transistor
bipolaire (T 1, T 2).
1 i Transducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pression acoustique agit sur ladite plaque par Pune de ses faces; Pautre face de ladite plaque comprimant un volume fermé ( 47, 48) délimité par un
boîtier rigide ( 1, 2).
Il Transducteur selon la revendication 10, caractérisé en ce que ladite pression acoustique agit sur ladite plaque par l'intermédiaire d'une
cavité ( 46) coiffée par une grille ( 38).
12 Transducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que
lesdites électrodes ( 4, 5) sont métalliques.
13 Transducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites électrodes ( 4, 5) sont faites d'un dépôt de matériau polymère chargé
de particules conductrices.
14 Transducteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite
résistance ( 15) est un élément discret ( 36, 37) solidaire de ladite plaque.
15 Transducteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite résistance (I 15) est distribuée dans l'étendue de ladite plaque; ledit polymère
piézoélectrique étant dopé de façon à conduire l'électricité.
16 Transducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit circuit électrique adaptateur d'impédance ( 34) est au moins partiellement
porté par ladite plaque.
17 Transducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite plaque est une plaque ayant deux bords rectilignes opposés encastrés de
façon à lui communiquer une forme cintrée.
18 Transducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux faces de ladite plaque sont soumises à des pressions acoustiques
différenciées au moyen d'un écran.
19 Transducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il com-
porte deux plaques encastrées sensibles à ladite pression acoustique.
Transducteur selon Pune quelconque des revendications précé-
dentes, caractérisé en ce que ledit polymère piézoélectrique est du poly-
fluorure de vinylidène ou l'un de ses copolymères.
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Also Published As
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