FR2571635A1

FR2571635A1 - Emetteur acoustique

Info

Publication number: FR2571635A1
Application number: FR8515137A
Authority: FR
Inventors: Rainer Riedlinger
Original assignee: Richard Wolf GmbH
Current assignee: Richard Wolf GmbH
Priority date: 1984-10-12
Filing date: 1985-10-11
Publication date: 1986-04-18
Also published as: DE3437488C2; FR2571635B1; US4618796A; DE3437488A1

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN EMETTEUR ACOUSTIQUE. DIRECTEMENT EN AVANT DE L'EMETTEUR ACOUSTIQUE 1, 2 SE TROUVE MONTEE UNE DIODE ACOUSTIQUE 5 FORMEE AU MOINS DE DEUX COUCHES 7, 8 DISPOSEES L'UNE CONTRE L'AUTRE ET FIXEES SUR LEUR POURTOUR ET DONT LES SURFACES TOURNEES L'UNE VERS L'AUTRE PERMETTENT UN ECARTEMENT RECIPROQUE DES FEUILLES GRACE A UNE ADHERENCE ETOU UNE COHESION REPRESENTANT UNE VALEUR DE SEUIL, SUR LAQUELLE ON PEUT AGIR, DE LA PRESSION ACOUSTIQUE NEGATIVE, TANDIS QUE DES PRESSIONS ACOUSTIQUES POSITIVES PEUVENT ETRE TRANSMISES AVEC UNE INTENSITE PRESQUE INCHANGEE, EN RAISON DU CONTACT MECANIQUE QUI EXISTE ENTRE LES FEUILLES. APPLICATION NOTAMMENT AUX TRANSDUCTEURS ELECTROACOUSTIQUES.

Description

L'invention concerne un émetteur électroacoustique com- portant un

dispositif permettant de supprimer des impulsions acoustiques négatives. 5 Comme cela est connu, les émetteurs acoustiques peuvent être constitués de multiples façons, par exemple sous la for- me de transducteurs électroacoustiques (transducteurs électro- dynamiques, transducteurs électromagnétiques, transducteurs électrostatiques, transducteurs piézoélectriques, transducteurs 10 magnétostrictifs, etc) ou bien peuvent reposer sur d'autres prin- cipes de production de sons, comme par exemple des émetteurs d'explosions, des générateurs hydrauliques de sons, des généra- teurs thermiques de sons, etc, dans lesquels une énergie électrique n'est pas transformée directement en une énergie mécani- 15 que et dont la caractéristique de transducteur n'est en général pas réversible, c'est-à-dire que de tels émetteurs acoustioues ne peuvent pas servir également en général simultanément de récepteurs. En vue de simplifier la description, on se référera ci- 20 après à des "transducteurs électroacoustiques", sans qu'il fail- le y voir une limitation de l'invention. Dans le cas de transducteurs électroacoustiques, on ne peut en général pas éviter que chaque alternance positive d'une impulsion succède à une alternance négative de l'impulsion ou 25 inversement. Dans le cas de transducteurs électroacoustiques il est alors nécessaire, dans de nombreux cas, soit de travailler uniquement avec les parties positives ou négatives des ondes des oscillations ultrasoniques produites. On connaît différentes mé- thodes pour supprimer la partie négative de l'impulsion, par 30 exemple grâce à un amortissement mécanique ou électrique inten- se du système du transducteur électroacoustique lui-même ou bien grâce au réglage ultérieur du déplacement du transducteur au moyen d'une rétroaction de la grandeur de sortie mesurée. Par rapport à des solutions connues, l'invention a pour 35 but de permettre, dans des transducteurs électroacoustiques,

2 d'utiliser d'une manière particulièrement simple uniquement Les alternances positives et de supprimer les alternarnces négatives. Ce problème est résolu conformément à l'invention par rapport aux dispositions connues requérant une dépense extrême- 5 ment élevée, grâce au fait que directement en avant de l'émet- teur ou dans sa voie acoustique de transmission de signaux se trouve installée une sonde acoustique qui est constituée par au moins deux feuilles disposées l'une contre l'autre et fixées sur leur pourtour et dont les surfaces, qui sont tournées l'une vers 10 l'autre, permettent un écartement réciproque des feuilles grâce à une adhérence et/ou une cohésion représentant une valeur de seuil, sur laquelle on peut agir, de la pression acoustique né- gative, tandis que des pressions acoustiques positives peuvent être transmises avec une intensité presque inchangée, en raison 15 du contact mécanique qui existe entre les feuilles. Grâce à cette solution, l'alternance négative de chaque impulsion acoustique est supprimée au moins partiellement en raison de l'écartement, limité dans le temps et dans l'espace, des feuilles, ou bien sa transmission est bloquée par la diode 20 et par conséquent les alternances positives ou des impulsions unipolaires peuvent être produites et utilisées moyennant une faible dépense. La solution conforme à l'invention fonctionne dans le domaine acoustique tout comme une diode électrique et par conséquent est désignée ici sous le terme de diode acous- 25 tique. L'adhérence et/ou la cohésion entre les feuilles d'une diode acoustique peuvent être déterminées de façon simple, et ce en fonction du but d'utilisation, par exemple par le type et le choix du matériau des feuilles, par la distance entre les 30 feuilles, par l'aménagement d'une structure de surface ou d'un état rugueux des feuilles, par l'insertion de substances soli- des, pulvérulentes, liquides ou gazeuses entre les feuilles et notamment, de' façon simple, au moyen de l'établissement d'un vi- de, dont la valeur peut être également réglée à l'aide d'une pom- 35 pe à vide. Enfin une adhérence peut être également réglée grâce

3 à une action électrostatique. Conformément à l'invention les feuilles, qui sont requises au moins au nombre de deux, de la diode acoustique et, dans la mesure o l'on en prévoit, également éventuellement des couches inter- 5 calaires sont constituées en un métal ou en une matière plastique ou par une combinaison de ces matériaux, et dans le cas de l'utilisation de plus de deux feuilles, au moins l'une d'elles doit posséder avantageusement des propriétés de conversion élec- trostatique. D'une part la propriété de conversion électrcacous- 10 tique de cette feuille ou de ces feuilles permet la mesure de la pression acoustique directement au niveau de la diode acous- tique (sur la face tournée vers ou à l'opposé de l'émetteur acoustique, en fonction de leur position dans l'ensemble du dis- positif de feuilles) et d'autre part une feuille possédant une 15 propriété de conversion électroacoustique fournit une possibi- lité de commande électrique (en plus de l'action mécanique de toute façon présente de la diode acoustique) des propriétés de transmission acoustique. Il faut choisir avantageusement les épaisseurs des feuil- 20 les inférieures à la longueur de l'onde acoustique irradiée par l'émetteur acoustique, afin qu'il n'apparaisse aucune perte no- table de transmission dans le cas o l'impédance caractéristi- que acoustique des feuilles s'écarte de l'impédance caractéris- tique acoustique du milieu-véhiculant le son. 25 Dans lecas de l'utilisation de la diode acoustique, cet- te dernière peut être adaptée, par cintrage, au front d'onde acoustique d'un transducteur acoustique et afin d'accroître son effet, on peut utiliser plusieurs diodes acoustiques disposées côte-à-côte et parallèlement les unes aux autres moyennant l'in- 30 terposition d'un isolant électrique (dans la mesure o ceci ap- paraît nécessaire du point de vue de la technique des circuits), auquel cas les deux extrémités sont fermées par une enveloppe, dans les espaces remplis de gaz de laquelle il règne une légère dépression réglable. Les enveloppes forment, avec les feuilles, 35 un espace fermé, ce qui permet d'établir le vide à l'intérieur

4 de cet espace. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnée ci-après prise en référence aux dessins annexes, sur lesquels : 5 - la figure 1 représente un transducteur piézoélectri- que servant à briser des calculs dans des corps humains ; - la figure la représente, à plus grande échelle, une partie, représentée entourée d'uncercl, de la diode de la fi- gure 1 ; 10 - la figure lb représente la même partie de la diode, en vue agrandie, possédant une autre constitution ; - la figure 2 représente une coupe transversale, en vue agrandie par rapport à la figure 1, de la sonde acoustique ; - la figure 3 représente une impulsion acoustique usuelle d'un transducteur acoustique ; - la figure 4 représente l'impulsion acoustique modi- fiée grâce à l'utilisation de la diode de la figure 2 ; la figure 5 représente de façon schématique une diode modifiée comportant trois feuilles ; 20 - les figures 6 et 7 représente une impulsion acoustique usuelle et une impulsion acoustique émise au moyen d'une dio- de acoustique ; et - la figure 8 représente une structure de diode acoustique comportant une possibilité de réglage à l'état bloqué. 25 Sur les figures 1, lb, 2, 5, 8, on a représenté la dio- de acoustique dans son état ccresponda-tà]aphase de blocage, tan- dis que la figure la représente la diode acoustique dans son état correspondant à la phase de transmission. On va expliquer l'invention essentiellement en référence à un exemple conformément à la figure 1. Dans le cas de cet exemple, il s'agit d'un transducteur piézoélectrique servant à détruire les calculs rénaux ou d'autres calculs dans les cavi- tés du corps humain. Ce transducteur est constitué par exemple, conformément à la iéaisation de la demande de brevet 35 DE - A - P 33 19 871.3, par une co-

5 que sphérique 1 servant de support pour une couche piézoélectri- que 2 constituée par des corps piézocéramiques.Lors de l'appli- cation d'une tension, ce transducteur irradie les ondes ultra- soniques comportant un foyer 3 qui, dans la pratique, est amené 5 en coincidence avec le calcul devant être détruit. Le support 1 muni de la couche piézoélectrique 2 forme, avec un organe la- téral de fermeture 4, un boîtier rempli d'eau qui est fermé par une diode acoustique 5 conforme à l'invention qui est située par conséquent sur le trajet du rayonnement entre la couche piézo10 électrique 2 et le foyer 3. La diode acoustique 5 est constituée par exempleseknla figure la, par deux feuilles 7 et 8, qui sont fixées de façon étanche par une bague 6 sur leur pourtour et dont l'épaisseur est avantageusement inférieure à la longueur de l'onde acousti- 15 que émise par les transducteurs et qui possèdent, sur leurs sur- faces, une rugosité 9 qui établit un contact ponctuel ou même d'une certaine surface entre les deux feuilles 7, 8 entreles- quelles existe un espace intercalaire désigné par la référence 10 sur la figure 2 et qui peut être rempli par des substances 20 solides, pulvérulentes, liquides ou gazeuses, ce qui permet d'ob- tenir entre les feuilles une adhérence et/ou une cohésion vou- lue, qui permettent au-dessous d'une valeur de seuil de l'alter- nance négative des impulsions ultrasoniques émises, un écarte- ment des feuilles et empêchent de ce fait des effets nuisibles 25 de ces alternances négatives (cavitatiors).Il est également pos- sible de réaliser un vide dans les espaces compris entre les feuilles, et ce en plus des dispositions mentionnées précédem- ment ou bien sans ces dernières, et de les raccorder également, d'une manière particulièrement avantageuse, à une-pompe à vide, 30 afin de pouvoir régler la valeur du vide et par conséquent l'ef- fet de blocage de la diode acoustique. Il est également possi- ble d'opérer un choix parmi les feuilles qui sont constituées en un métal ou en une matière plastique, en fonction des pro- priétés de ce métal ou de cette matière plastique. Il est en ou- 35 tre possible d'obtenir l'adhérence recherchée grâce à un effet

6 électrostatique. Les oscillations ultrasoniques émises normalement sans la diode acoustique 5 possèdent la forme d'onde représentée sur la figure 3. Lorsque l'on interpose la diode acoustique 5 sur 5 le trajet du rayonnement du transducteur, l'alternance négative est supprimée conformément à la figure 4, c'est-à-dire que la diode réalise le blocage de l'alternance négative par le fait que les feuilles 7, 8 peuvent être écartées l'une de l'autre (en raison du fait que leur adhérence ou leur cohésion présente une 10 valeur de seuil), si bien que les pressions acoustiques négati- ves pouvant être transmises ne peuvent pas dépasser la valeur de la pression ambiante (environ 105 Pa) dans le cas o le vide est établi dans les espaces intercalaires, c'est-à-dire au ma- ximum 105 Pa, lorsque l'on suppose que les forces d'adhérence 15 sont nulles. Comme le montre la figure 5, il est également possible d'amplifier l'action de la sonde acoustique, par exemple grâce à l'utilisation de plus de deux feuilles, à savoir par exemple de trois feuilles 7, 8, 11, auquel cas il est avantageux d'uti- 20 liser l'une des feuilles, par exemple la feuille médiane 11, pos- sédant des propriétés piézoélectriques. Dans le cas de l'exem- ple de la figure 5, l'onde ultrasonique usuelle est modifiée conformément à la figure 6 grâce à l'utilisation de la diode, de telle sorte qu'en principe seule encore l'alternance positive 25 conformément à la figure 7 peut agir. Sur la figure 8 on a représenté la structure d'une dio- de acoustique constituée par les couches 12 à 18 et qui est mu- nie d'un dispositif de régulation électrique 20. Le but de ce dispositif de régulation 20 est d'abaisser la valeur limite vi- 30 sible sur les figures 4 et 7. Ceci est réalisé de la manière in- diqué e ci-après. Les feuilles 12, 13, qui sont tournées vers l'émetteur acoustique, font partie d'un capteur de pression électrostati- que (récepteur à condensateur comportant un diélectrique rigi- 35 de) et délivre par l'intermédiaire de l'entrée 21 une grandeur

7 proportionnelle à la pression au régulateur 20. Ce dernier main- tient a sa sortie 22 des charges de sens opposés appliquées aux électrodes en forme de feuilles 14, 16, tant que la pression établie par les feuilles 12, 13 est positive. Lors de l'appari- 5 tion d'une dépression au niveau de la feuille 12, une grandeur d'entrée est envoyée par l'intermédiaire des entrées 21 au ré- gulateur, laquelle grandeur applique, par l'intermédiaire de la sortie 22 du régulateur, des charges de même sens aux électro- des en forme de feuilles 14, 17 et par conséquent s'oppose, avec 10 une intensité réglable, aux forces d'adhérence existant entre 14, 15, 16 etcontribue à assurer la séparation mécanique des feuilles 14, 16 (éventuellement 15). La feuille 15 est une cou- che intercalaire électriquement isolante, considérée comme ap- propriée du point de vue du matériau et de l'état de surface, 15 par exemple une pellicule tranchée de produit désigné dans le commerce sous l'appellation"Téflon'". Les feuilles 17, 18 sont des éléments constitutifs d'un autre transducteur à condensateur com- portant un diélectrique solide et servant à mesurer la pression sur le côté opposé.

Claims

REVENDICATIONS

1. Emetteur acoustique comportant un dispositif pour sup- primer des impulsions acoustiques négatives, caractérisé en ce que directement en avant de l'émetteur (1, 2) ou dans sa voie 5 acoustique de transmission de signaux se trouve installée une sonde acoustique (5) qui est constituée par au moins deux feuil- les (7, 8) disposées l'une contre l'autre et fixéessur leur pour- tour et dont les surfaces, qui sont tournées l'une vers l'autre, permettent un écartement réciproque des feuilles grâce a une 10 adhérence et/ou une cohésion représentant une valeur de seuil, sur laquelle on peut agir, de la pression acoustique négative, tandis que des pressions acoustiques positives peuvent être transmises avec une intensité presque inchangée, en raison du contact mécanique qui existe entre les feuilles. 15

2. Emetteur acoustique selon la revendication 1, carac- térisé en ce que l'adhérence et/ou la cohésion peut être déter- minée par le type et le choix du matériau des feuilles, par l'é- cart entre les feuilles faible par rapport aux déviations acous- tiques réalisées par le milieu véhiculant le son, par la struc- 20 ture de surface des feuilles, par des substances solides, liqui- des ou gazeuses introduites, à l'aide d'un vide ou à l'aide d'une action électrostatique.

3. Emetteur acoustique selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les feuilles (7, 8) sont consti- 25 tuées en un métal ou en une matière plastique et que,dans le cas o il est prévu plus de deux feuilles, au moins l'une d'elles possède une propriété piézoélectrique.

4. Emetteur acoustique selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 3, caractérisé en ce que l'épaisseur des feuilles 30 est inférieure à la longueur d'onde acoustique du transducteur.

5. Emetteur acoustique selon la revendication 2, carac- térisé en ce que la pression statique entre les feuilles (7, 8) est régable à l'aide d'une pompe à vide pouvant être raccordée.

6. Emetteur acoustique selon l'une quelconque des reven- 35 dications 1 à 5, caractérisé en ce que les feuilles de la dio- de acoustique possèdent une courbure adaptée au front d'onde acoustique.

8. Emetteur acoustique, notamment diode acoustique se- lon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'elle constitue l'élément de fermeture de la sortie des ul- tra-sons d'un transducteur piézoélectrique, qui est constitué de façon connue en soi par une couche piézoélectrique formée par 15 des corps cylindriques piézocéramiques et qui est disposée dans la forme d'une coque sphérique sur un support concentrant les ultrasons au niveau d'un foyer.

7. Emetteur acoustique selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 6, caractérisé en ce que plusieurs diodes acous- 5 tiques sont disposées côte-à-côte et parallèlement les unes aux autres moyennant l'interposition d'un isolant, et sont recouver- tes, au niveau de leurs extrémités, par une enveloppe, dans les espaces remplis de gaz de laquelle règne une légère dépression réglable.