FR2544576A1 - Electroacoustic transducer of the "Tonpilz" type subjected to hydrostatic pressures - Google Patents
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Abstract
Description
Transducteur électro-acoustique du type "TONPILZ" soumis à des pressions hydrostatiques
L'invention concerne les transducteurs électro-acoustiques du type "TONPILZ" sousmis à des pressions hydrostatiques.Electro-acoustic transducer of the "TONPILZ" type subjected to hydrostatic pressures
The invention relates to electro-acoustic transducers of the "TONPILZ" type subjected to hydrostatic pressures.
Un transducteur électro-acoustique comporte généralement une contre-masse, un moteur constitué par un empilage de disques piézoélectriques, un pavillon, et enfin, pour solidariser le tout et créer une précontrainte initiale de l'empilage, une tige centrale appelée tige de précontrainte. An electro-acoustic transducer generally comprises a counter-mass, a motor constituted by a stack of piezoelectric discs, a horn, and finally, to secure the whole and create an initial prestress of the stack, a central rod called the prestress rod.
Lorsque l'on immerge un tel transducteur classique, on peut le mettre dans un carter étanche et résistant ; seule la face avant du pavillon entre un contact avec l'eau, soit directement, soit par l'intermédiaire d'une peau de caoutchouc ou de résine polyuréthane, afin de transmettre les vibrations électo-acoustiques. Ceci est valable pour des immersions à faible profondeur, quelques dizaines de mètres, pour lesquelles la pression hydrostatique est faible. Pour des immersions à plus grande profondeur la pression hydrostatique croit ; cette pression extérieure est amplifiée par l'effet du pavillon et se caractérise par une contrainte de compression dans les disques égale à
dans laquelle p est la pression hydrostatique,
S est la surface du pavillon sur laquelle la pression p s'exerce, s est la surface de l'empilage de disques piézoélectriques en contact avec le pavillon.When such a conventional transducer is immersed, it can be placed in a waterproof and resistant casing; only the front face of the roof enters into contact with water, either directly or through a rubber or polyurethane resin skin, in order to transmit the electro-acoustic vibrations. This is valid for shallow immersions, a few tens of meters, for which the hydrostatic pressure is low. For deeper immersions the hydrostatic pressure increases; this external pressure is amplified by the effect of the horn and is characterized by a compression stress in the discs equal to
in which p is the hydrostatic pressure,
S is the surface of the roof on which the pressure p is exerted, s is the surface of the stack of piezoelectric discs in contact with the roof.
I1 est bien connu que les caractéristiques des disques piézoélectriques varient de manière importante dans le cas de contrainte importante, les disques pouvant même se dépolariser pour des contraintes supérieures à 500 da N/cm2 environ. D'autre part, les forces importantes mise en jeu, dues à la pression hydrostatique, créent un couplage avec le carter et une partie importante de l'énergie délivrée par le transducteur est rayonnée dans des directions erratiques. I1 is well known that the characteristics of piezoelectric discs vary significantly in the case of significant stress, the discs can even depolarize for stresses greater than about 500 da N / cm2. On the other hand, the significant forces brought into play, due to the hydrostatic pressure, create a coupling with the casing and a significant part of the energy delivered by the transducer is radiated in erratic directions.
Afin de remédier à cet inconvénient des solutions ont été développées. In order to remedy this drawback, solutions have been developed.
Pour cela on peut créer une équipression dans le carter, par exemple en le remplissant d'un liquide non conducteur tel que de l'huile, ce qui permet de reculer un peu le problème. En effet la contrainte dans les disques piézoélectriques en fonction de la pression extérieure devient e= p.s. Cependant la présence de liquide crée un couplage entre le bottier et le moteur ce qui engendre des ondes stationnaires qui pertubent les caractéristiques électro-acoutiques du transducteur. For this we can create an equipression in the housing, for example by filling it with a non-conductive liquid such as oil, which allows to reduce the problem a little. Indeed, the stress in the piezoelectric discs as a function of the external pressure becomes e = p.s. However, the presence of liquid creates a coupling between the case and the motor, which generates standing waves which disturb the electro-acoustic characteristics of the transducer.
Une autre solution décrite dans le brevet français 2 085 545 "Transducteur électro-acoustique de grande puissance connu pour de fortes pressions hydrostatiques", consiste à créer une mince couche de gaz autour du moteur du transducteur à l'aide d'une membrane souple qui fait office de bottier. Cette solution présente le même inconvénient que la solution indiquée précédemment à savoir que la contrainte e = p.s est proportionnelle à la pression. Cependant cette solution supprime les ondes stationnaires. Another solution described in French patent 2,085,545 "High power electro-acoustic transducer known for high hydrostatic pressures", consists in creating a thin layer of gas around the transducer motor using a flexible membrane which acts as a bootmaker. This solution has the same drawback as the solution indicated above, namely that the stress e = p.s is proportional to the pressure. However, this solution suppresses standing waves.
Une autre solution consiste à interposer une rondelle élastique entre la contre-masse et l'écrou de la tige de précontrainte. Sous l'effet de la pression hydrostatique la contrainte dans les disques piézoélectriques n'est plus produite par la tige de précontrainte, mais par la rondelle élastique sur laquelle s'exerce la pression par l'intermédiaire du pavillon, de l'empilage de disques piézoélectriques et de la contre-masse. Cette solution a l'inconvénient de limiter la plage d'immersion possible. Another solution consists in interposing an elastic washer between the counterweight and the nut of the prestressing rod. Under the effect of hydrostatic pressure, the stress in the piezoelectric discs is no longer produced by the prestressing rod, but by the elastic washer on which the pressure is exerted via the roof, of the stacking of discs. piezoelectric and counter-mass. This solution has the drawback of limiting the possible immersion range.
L'invention a pour but de palier les inconvénients des solutions connues et de rendre le transducteur insensible à la pression hydrostatique en supprimant l'effet de celle-ci sur les disques piézoélectriques. The invention aims to overcome the drawbacks of known solutions and make the transducer insensitive to hydrostatic pressure by eliminating the effect of the latter on the piezoelectric discs.
L'invention a pour objet un transducteur électro-acoustique du type "TONPILZ" soumis à des pressions hydrostatiques, comportant dans un carter, un pavillon, un moteur constitué par un empilage de disques piézoélectriques, et une contre-masse située à une extrémité de l'empi- lage opposée au pavillon, un canal central étant ménagé dans l'empilage de disques et la contre-masse, caractérisé par le fait qu'il comporte un tube de contrainte à l'intérieur du canal central, le tube de contrainte étant fixé au pavillon par une extrémité, un écrou de serrage qui se visse sur une autre extrémité du tube de contrainte et vient au contact de la contre-masse, la contrainte des disques étant obtenue par vissage de l'écrou de serrage, et, à l'intérieur du tube de contrainte, une tige d'appui solidaire d'une part avec le pavillon et d'autre part avec un fond du carter, ladite tige d'appui ayant une longueur supérieure à celle du tube de contrainte et supportant une force de compression due à la pression hydrostatique. The subject of the invention is an electro-acoustic transducer of the "TONPILZ" type subjected to hydrostatic pressures, comprising in a casing, a horn, a motor constituted by a stack of piezoelectric discs, and a counter-mass situated at one end of the stack opposite the roof, a central channel being formed in the disc stack and the counter-mass, characterized in that it comprises a constraint tube inside the central channel, the constraint tube being fixed to the roof by one end, a tightening nut which screws onto another end of the stress tube and comes into contact with the counter-mass, the stress of the discs being obtained by screwing the tightening nut, and, inside the constraint tube, a support rod integral on the one hand with the roof and on the other hand with a bottom of the casing, said support rod having a length greater than that of the constraint tube and supporting compression force due to press hydrostatic ion.
L'invention va être décrite à l'aide d'un exemple non limitatif de réalisation, illustré par la figure annexée représentant un transducteur de l'invention. The invention will be described using a non-limiting example of embodiment, illustrated by the appended figure representing a transducer of the invention.
Dans cette figure le transducteur comporte un pavillon 1, un empilage de disques piézoélectriques 2, une contre-masse 3. Les disques piézoélectriques et la contre-masse présentant un canal central 8, comme cela est classique. In this figure the transducer comprises a pavilion 1, a stack of piezoelectric discs 2, a counterweight 3. The piezoelectric discs and the counterweight having a central channel 8, as is conventional.
A l'intérieur du canal central, un tube de contrainte'4 est fixé par une extrémité au pavillon 1 ; l'autre extrémité du tube de contrainte est filetée et reçoit un écrou de serrage 5. Inside the central channel, a constraint tube 4 is fixed by one end to the pavilion 1; the other end of the stress tube is threaded and receives a tightening nut 5.
Lorsque l'on visse l'écrou de serrage celui vient presser la contre-masse, ce qui permet d'exercer une contrainte sur l'empilage de disques piézoélectriques. Dans l'exemple illustré, l'écrou de serrage est logé dans la contre masse 3, mais il peut bien entendu être extérieur à celle-ci et venir presser contre la face terminale de la contre-masse. When the tightening nut is screwed on, it comes to press the counter-mass, which makes it possible to exert a stress on the stack of piezoelectric discs. In the example illustrated, the tightening nut is housed in the counter-mass 3, but it can of course be outside thereof and come to press against the end face of the counter-mass.
A l'intérieur du tube de contrainte 4 est logé une tige d'appui 6 dont la longueur est plus grande que celle du tube de contrainte ; la tige d'appui est solidaire par une extrémité du pavillon 1 ; une autre extrémité de la tige d'appui est solidaire du fond 9 d'un carter 7. La tige d'appui comporte des anneaux de centrage 10 dont le diamètre est pratiquement égal au diamètre intérieur du tube de contrainte, ce qui permet un centrage de la tige d'appui et du tube de contrainte.Inside the constraint tube 4 is housed a support rod 6 whose length is greater than that of the constraint tube; the support rod is secured by one end of the pavilion 1; another end of the support rod is integral with the bottom 9 of a casing 7. The support rod comprises centering rings 10 whose diameter is practically equal to the inside diameter of the constraint tube, which allows centering of the support rod and the constraint tube.
La face avant du pavillon est revêtue d'une peau 11 en caoutchouc ou en résine polyuréthane par exemple, la peau étant fixée au carter 7 de manière à le rendre étanche. The front face of the roof is coated with a skin 11 made of rubber or polyurethane resin for example, the skin being fixed to the casing 7 so as to make it waterproof.
Lorsque le transducteur est immergé, la face avant du pavillon est soumise à la pression hydrostatique p, et la force p.S exercée sur le pavillon, S étant la surface du pavillon, est transmise par la tige d'appui 6 au fond 9 du carter 7. When the transducer is submerged, the front face of the roof is subjected to the hydrostatic pressure p, and the force pS exerted on the roof, S being the surface of the roof, is transmitted by the support rod 6 to the bottom 9 of the casing 7 .
Le carter étant prévu pour résister à la pression hydrostatique, la tige d'appui 6 doit résister à la force de compression exercée sur elle ; à cet effet elle est réalisée en tout matériau ayant des caractéristiques mécaniques élevées. The casing being provided to resist hydrostatic pressure, the support rod 6 must resist the compressive force exerted on it; for this purpose it is made of any material having high mechanical characteristics.
La contre-masse 3 n'ayant pas de contact avec le carter, l'empilage de disques piézoélectriques ne subit aucune contrainte supplémentaire lors de l'immersion puisque la contre-masse n'est pas au contact du carter et que tout l'effort est supporté par la tige d'appui 6. Les caractéristiques électro-acoustiques du transducteur ne sont donc pas affectées par l'immersion, le transducteur étant grâce à l'invention insensible à la pression. The counter-mass 3 having no contact with the casing, the stacking of piezoelectric discs is not subjected to any additional stress during immersion since the counter-mass is not in contact with the casing and all the effort is supported by the support rod 6. The electro-acoustic characteristics of the transducer are therefore not affected by immersion, the transducer being, thanks to the invention, insensitive to pressure.
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ID=9287789
Family Applications (1)
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Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
| US3716828A (en) * | 1970-02-02 | 1973-02-13 | Dynamics Corp Massa Div | Electroacoustic transducer with improved shock resistance |
| US3778758A (en) * | 1972-09-25 | 1973-12-11 | Us Navy | Transducer |
| US4072871A (en) * | 1974-05-20 | 1978-02-07 | Westinghouse Electric Corp. | Electroacoustic transducer |
| US4129850A (en) * | 1973-11-12 | 1978-12-12 | Raytheon Company | Balanced transducer |
-
1983
- 1983-04-13 FR FR8305994A patent/FR2544576B1/en not_active Expired
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US3716828A (en) * | 1970-02-02 | 1973-02-13 | Dynamics Corp Massa Div | Electroacoustic transducer with improved shock resistance |
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| US4072871A (en) * | 1974-05-20 | 1978-02-07 | Westinghouse Electric Corp. | Electroacoustic transducer |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2544576B1 (en) | 1986-08-01 |
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